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 взаимно-корреляционной функции (обычной, полярной или релейной) или совместно по авто-корреляционной и взаимно-корреляционной функциям (обычным, полярным или релейным).
7
Известен корреляционный измеритель скорости (см. Патент РФ на полезную модель №33236, МПК G01P 3/80. - Опубл. Б.И. №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 (ограниченных) 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. Патент РФ на полезную модель RU №40489, U1 7 G01P 3/80. - Опубл. 10.09.2004, Бюл. №25), 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, выход первого приемного устройства подключен к входу блока преобразования входного сигнала в сигнал с широтно-импульсной модуляцией и входу первого аналогового инвертора, выход второго приемного устройства соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого аналогового инвертора, причем коэффициенты передачи по обоим входам первого сумматора равны; выход блока преобразования в сигнал с широтно-импульсной модуляцией подключен к информационному входу многоразрядного регистра сдвига, а его выход соединен с входом управления аналогового ключа, информационный вход которого соединен с выходом первого сумматора, выход аналогового ключа подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом 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, выход второго сумматора через интегратор подключен к управляемому генератору тактовой частоты, выход которого подключен к тактовым входам многоразрядного регистра сдвига и отсчетному устройству.
2
Данный известный корреляционный измеритель скорости, реализует заложенный в нем известный способ определения скорости движения (см. АС СССР №537315, М. Кл. G01S 9/66, G01P 3/58, "Способ определения скорости движения судна относительно дна". - Опубл. 30.11.76, Б.И. №44) по авто- и взаимно-корреляционным функциям огибающих принятых сигналов, в котором корреляционную временную задержку определяют по коэффициенту автокорреляции огибающей сигнала одного из приемников, равного значению коэффициента взаимной корреляции от огибающих сигналов с двух приемников.
Однако известный корреляционный измеритель скорости обладает недостатками: низкая точность измерения в широком диапазоне скоростей движения объекта, обусловленные наличием дрейфа нуля в интеграторе и свойством интегратора накапливать шумы 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 измерителя в широком диапазоне измеряемых скоростей.
Поставленная техническая 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 и отсчетное устройство, причем, выход первого приемного устройства имеет сообщение с информационным входом многоразрядного регистра сдвига, в отличие от него, в заявляемый измеритель дополнительно введены усилитель-ограничитель, первый и второй преобразователи напряжение-частота, блок постоянного запаздывания, первый и второй триггеры с раздельными входами, первая и вторая схемы совпадения, реверсивный счетчик, формирователь импульса, управляемый делитель частоты повторения синхроимпульсов и генератор синхроимпульсов с постоянной частотой повторения. При этом выход первого приемного устройства подключен к входу усилителя-ограничителя и входу первого преобразователя напряжение-частота, а выход самого усилителя-ограничителя соединен с информационным входом первого разряда многоразрядного регистра сдвига. Выход многоразрядного регистра сдвига подключен к информационному входу блока постоянного запаздывания и первым входам первого и второго триггеров, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первой и второй схем совпадения Выход блока постоянного запаздывания подключен ко вторым входам первого и второго триггеров. Выход первого преобразователя напряжение-частота подключен ко второму входу первой схемы совпадения, а выход первой схемы совпадения соединен с входом вычитания реверсивного счетчика. Выход второго приемного устройства подключен к входу второго преобразователя напряжение-частота, выход которого соединен со вторым входом второй схемы совпадения, выход которой подключен к входу суммирования реверсивного счетчика. Выход формирователя импульса соединен с входом реверсивного счетчика, выходы разрядов которого подключены к входам управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов, на счетный вход которого поданы сигналы с выхода генератора синхроимпульсов с постоянной частотой повторения, причем выход управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов подключен к тактовым входам разрядов многоразрядного регистра сдвига, блоку постоянного запаздывания и входу отсчетного устройства, при этом многоразрядный регистр сдвига выполняет функцию блока регулируемой задержки, а блок постоянного запаздывания представляет собой второй регистр сдвига.
Применение заявляемого измерителя, включающего совокупность ограничительных и отличительных признаков - элементы со связями, в том числе первое и второе приемные устройства с усилителями и детекторами, усилитель-ограничитель, первый и второй преобразователи напряжение-частота, блок постоянного запаздывания, первый и второй триггеры с раздельными входами, первую и вторую схемы совпадения, реверсивный счетчик, формирователь импульса при включении питания измерителя, управляемый делитель частоты повторения синхроимпульсов и генератор синхроимпульсов с постоянной частотой повторения, позволяет в общей совокупности повысить его точность за счет совокупности эффектов: сохранения информации об огибающих амплитуд сигналов с выходов первого и второго приемных преобразователей в дискретной форме - в частотах сигналов с выходов первого и второго преобразователей напряжение-частота; использования дифференциальной схемы слежения за счет установки блока постоянного запаздывания и реверсивного счетчика с входами суммирования и вычитания; накопления дискретных сигналов реверсивным счетчиком без наличия дрейфа нуля и благодаря формированию управляемой временной задержки с использованием управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов без дрейфа нуля и в итоге к повышению точности измерителя.
На чертеже приведена схема корреляционного измерителя скорости.
Измеритель содержит генератор 1, подключенный к входу излучающего преобразователя 2, два приемных преобразователя первый 3 и второй 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 усилителя-ограничителя 7 и входу первого преобразователя напряжение-частота 8. Выход усилителя-ограничителя 7 соединен с информационным входом первого разряда многоразрядного регистра сдвига 9. Выход многоразрядного регистра сдвига 9 подключен к информационному входу блока постоянного запаздывания 10 и первым входам первого 11 и второго 12 триггеров. Выход блока постоянного запаздывания 10 подключен ко вторым входам соответственно первого 11 и второго 12 триггеров, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первой 13 и второй 14 схем совпадения. Выход первого преобразователя напряжение-частота 8 подключен ко второму входу первой схемы совпадения 13, выход которой соединен с входом вычитания реверсивного счетчика 16. Выход второго приемного устройства 6 подключен к входу второго преобразователя напряжение-частота 15, выход которого соединен со вторым входом второй схемы совпадения 14, выход которой подключен к входу суммирования реверсивного счетчика 16. Измеритель также содержит формирователь импульса 17 при включения питания измерителя, а выход формирователя импульса 17 электрически соединен с входом реверсивного счетчика 16, выходы разрядов которого подключены к входам установленного управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов 18, на счетный вход которого подаются сигналы с выхода необходимого генератора синхроимпульсов 19 с постоянной частотой повторения. Выход управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов 18 подключен к тактовым входам разрядов многоразрядного регистра сдвига 9, блоку постоянного запаздывания 10 и входу отсчетного устройства 20, предназначенного для индикации измеренной скорости движения объекта. При этом многоразрядный регистр сдвига 9 выполняет функцию блока регулируемой задержки, а блок постоянного запаздывания 10 представляет собой второй регистр сдвига.
TP
P
P
P
P
TP
TP
P
TP
P
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 (грунта). Отраженные сигналы принимаются двумя разнесенными по горизонтали приемными преобразователями 3 и 4, которые преобразуют акустические сигналы в электрические. При этом на входы приемных устройств первого 5 и второго 6, поступает информация об огибающих амплитуд высокочастотных сигналов с выходов приемных преобразователей первого 3 и второго 4, в виде электрических высокочастотных сигналов, модулированных по амплитуде случайными сигналами, причем огибающая амплитуд высокочастотного сигнала с выхода второго приемного преобразователя 4, представляет собой задержанную по времени на величину транспортного запаздывания τ огибающую амплитуд высокочастотного сигнала с выхода первого по ходу движения приемного преобразователя 3. Приемные устройства 5 и 6 усиливают и детектируют высокочастотные сигналы. С выхода первого приемного устройства 5 случайный низкочастотный сигнал, сохраняющий информацию об огибающей амплитуд высокочастотного сигнала, поступает на вход усилителя-ограничителя 7 и вход первого преобразователя напряжение-частота 8, на выходе которого частота повторения импульсов пропорциональна значению огибающей амплитуд высокочастотного сигнала. С выхода усилителя-ограничителя 7 случайная импульсная последовательность клиппированных (ограниченных) сигналов поступает на информационный вход первого разряда многоразрядного регистра сдвига 9. С выхода многоразрядного регистра сдвига 9 случайная импульсная последовательность сигналов, задержанная по времени на величину τ, поступает на информационный вход блока постоянного запаздывания 10, в виде второго регистра сдвига, количество разрядов которого много меньше количества разрядов многоразрядного регистра сдвига 9. Случайная импульсная последовательность сигналов с выхода многоразрядного регистра сдвига 9 подается на первые входы первого 11 и второго 12 триггеров (с упомянутыми раздельными входами). С выхода блока постоянного запаздывания 10 случайная импульсная последовательность сигналов, дополнительно задержанная на интервал времени Δτ, поступает на вторые входы первого 11 и второго 12 триггеров. В первый триггер 11 записывается код логической единицы фронтом каждого импульса (перепад напряжения от низкого уровня к высокому - не показано), случайной импульсной последовательности сигналов с выхода многоразрядного регистра сдвига 9, задержанной по времени на величину τ. Затем в первый триггер 11 записывается код логического нуля фронтом каждого импульса случайной импульсной последовательности сигналов с выхода блока постоянного запаздывания 10, дополнительно задержанной на интервал времени Δτ,. При этом выход первого триггера 11 подключен к первому входу первой схемы совпадения 1 3, на второй вход которой подаются импульсы с выхода первого преобразователя напряжение-частота 8, а выход первой схемы совпадения 13 соединен с входом вычитания реверсивного счетчика 16, в который, при включении питания измерителя, импульсом с выхода формирователя 17, предварительно записан начальный код, близкий к максимально возможному (все логические единицы). Во второй триггер 12 записывается код логической единицы срезом (перепад напряжения от высокого уровня к низкому - не показано) каждого импульса случайной импульсной последовательности сигналов с выхода многоразрядного регистра сдвига 9, а затем в него записывается код логического нуля срезом каждого импульса с выхода блока постоянного запаздывания 10. Выход второго триггера 12 подключен к первому входу второй схемы совпадения 14, С выхода второго приемного устройства 6 случайный низкочастотный сигнал, сохраняющий информацию о значениях огибающей амплитуд высокочастотного сигнала, поступает на вход второго преобразователя напряжение-частота 15, частота повторения импульсов на выходе которого, сохраняет информацию об огибающей амплитуд высокочастотного сигнала. Выход второго преобразователя напряжение-частота 15 соединен со вторым входом второй схемы совпадения 14, выход которой соединен с входом суммирования реверсивного счетчика 16. Пачки импульсов длительностью Δτ, со случайной частотой повторения, поступающие на вход вычитания реверсивного счетчика 16, это произведение значения случайного сигнала с выхода первого приемного устройства 5 и задержанной в многоразрядном регистре сдвига 9 и блоке постоянного запаздывания 10 случайной импульсной последовательности сигналов с выхода усилителя-ограничителя 7, подключенного к выходу первого приемного устройства 5. Пачки импульсов длительностью Δτ, с другой случайной частотой повторения, поступающие на вход суммирования реверсивного счетчика 16, это произведение значения случайного сигнала с выхода второго приемного устройства 6 и задержанной в многоразрядном регистре сдвига 9 и блоке постоянного запаздывания 10 случайной импульсной последовательности сигналов с выхода усилителя-ограничителя 7, подключенного к выходу первого приемного устройства 5. Полученный сигнал рассогласования накапливается реверсивным счетчиком 16, изменяет код на выходах его разрядов и соответственно, изменяет частоту повторения тактовых импульсов сдвига на выходе управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов 18, при поданных на его счетный вход сигналов с выхода генератора синхроимпульсов 19 с постоянной частотой повторения, и соответственно, управляемо изменяет интервал времени задержки τ+Δτ/2 в многоразрядном регистре сдвига 9 и блоке постоянного запаздывания 10, таким образом, чтобы количество импульсов поступающих на вход вычитания реверсивного счетчика 16, стало равным количеству импульсов, поступающих на его вход суммирования. В результате значение коэффициента взаимной корреляции сигналов с выходов первого 5 и второго 6 приемных устройств, станет равным значению коэффициента автокорреляции сигнала с выхода первого приемного устройства 5. При этом значение интервала времени задержки τ+Δτ/2 в многоразрядном регистре сдвига 9 и блоке постоянного запаздывания 10 равно вышеприведенной величине транспортного запаздывания τ сигнала с выхода второго приемного устройства 6 относительно сигнала с выхода первого приемного устройства 5. Частота повторения тактовых импульсов сдвига на выходе управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов 18, пропорциональна скорости движения объекта, и отсчетное устройство 20 показывает измеренную скорость. Если скорость движения объекта уменьшится, то величина транспортного запаздывания τ сигнала с выхода второго приемного устройства 6 относительно сигнала с выхода первого приемного устройства 5 увеличится, увеличится количество импульсов поступающих на вход вычитания реверсивного счетчика 16, по сравнению с количеством импульсов поступающих на его вход суммирования. Уменьшится значение кода на выходах разрядов реверсивного счетчика 16, что приведет к увеличению коэффициента деления управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов 18 и соответственно, уменьшению частоты повторения тактовых импульсов сдвига на выходе данного управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов 18, и увеличению интервала времени задержки τ+Δτ/2 в многоразрядном регистре сдвига 9 и блоке постоянного запаздывания 10 до тех пор, когда количество импульсов поступающих на вход суммирования реверсивного счетчика 16, станет равным количеству импульсов, поступающих на его вход вычитания. Частота повторения тактовых импульсов сдвига, на выходе управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов 18, пропорциональна скорости движения объекта, и отсчетное устройство 20 показывает измеренную скорость. Если скорость движения объекта возрастет, то величина транспортного запаздывания τ сигнала с выхода второго приемного устройства 6 относительно сигнала с выхода первого приемного устройства 5 уменьшится, увеличится количество импульсов поступающих на вход суммирования реверсивного счетчика 16, по сравнению с количеством импульсов, поступающих на его вход вычитания. Увеличится значение кода на выходах разрядов реверсивного счетчика 16, что приведет к уменьшению коэффициента деления управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов 18 и соответственно, к увеличению частоты повторения тактовых импульсов сдвига на выходе данного управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов 18, и уменьшению интервала времени задержки τ+Δτ/2 в многоразрядном регистре сдвига 9 и блоке постоянного запаздывания 10 до тех пор, когда количество импульсов, поступающих на вход вычитания реверсивного счетчика 16, станет равным количеству импульсов поступающих на его вход суммирования. Частота повторения тактовых импульсов сдвига, на выходе управляемого делителя частоты повторения синхроимпульсов 18, пропорциональна скорости движения объекта, и отсчетное устройство 20 показывает измеренную скорость.
Причем, что существенно, в блоке постоянного запаздывания 10, первом 11 и втором 12 триггерах, первой 13 и второй 14 схемах совпадения, реверсивном счетчике 16, управляемом делителе частоты повторения синхроимпульсов 18 отсутствуют погрешности, вызванные дрейфом нуля, что характерно для аналогового устройства - интегратора. Этим в итоге достигается повышение точности заявляемого измерителя в широком диапазоне измеряемых скоростей.