Гідроакустична станція з універсальним автоматичним регулюванням підсилення

Реферат: Гідроакустична станція з універсальним автоматичним регулюванням підсилення, що містить Цифрову обчислювальну систему (ЦОС) обробки сигналів, управління, відображення, Тракт випромінювання, що містить синтезатор задавальних сигналів, підсилювач потужності, які включені послідовно, Тракт аналогової обробки сигналів у складі Μ каналів прийому, кожний з яких містить включені послідовно вхідний підсилювач, преселектор, виконавчий елемент регулювання підсилення, діапазонний фільтр, цифро-аналоговий перемножник гетеродинного і канального сигналів, з'єднаний входом D з Входом гетеродин (Вхід Гетер.) каналу прийому, фільтр проміжної частоти, підсилювач проміжної частоти, вихід якого є виходом каналу прийому, Блок М-канального аналого-цифрового перетворення (АЦП), з'єднаний Μ входами з виходами відповідних Μ каналів прийому, Виходом D із Входом D ЦОС обробки сигналів, управління, відображення, Блок формування сигналу автоматичного регулювання підсилення, з'єднаний Виходом Автоматичне регулювання підсилення (Вихід АРП) із Входами Автоматичне регулювання підсилення (Вхід АРП) каналів прийому, Входом Управління (Вхід Упр.) Магістраллю управління з'єднаний із Входом Упр. Тракту випромінювання, Входом Упр. Блока аналого-цифрового перетворення, Входами Гетеродин (Вхід Гетер.) каналів прийому і Виходом Команди ЦОС обробки сигналів, управління, відображення, причому Блок формування сигналу автоматичного регулювання підсилення виконаний у вигляді включених послідовно Μ канального суматора, кожний Вхід якого з'єднаний з Виходом преселектора та Входом виконавчого елемента регулювання підсилення відповідного каналу прийому, логарифмічного підсилювача, АЦП логарифмованого сигналу, цифрового табличного антилогарифмічного експандера на базі довготривалого запам'ятовуючого пристрою (ДЗП1), цифрового UA 108990 U (12) UA 108990 U комплексного фільтра експандованого часового сигналу - вимірника обвідної, цифрового табличного формувача множників коефіцієнта регулювання підсилення на базі довготривалого запам'ятовуючого пристрою (ДЗП2), Вихід якого є Виходом автоматичного регулювання підсилення (АРП) Блока формування сигналу автоматичого регулювання підсилення, Вхід D з'єднаний із Входами D АЦП логарифмованого сигналу, цифрового табличного антилогарифмічного експандера ДЗП1, цифрового комплексного фільтра експандованого часового сигналу - вимірника обвідної і підключений до Входу Упр. Блока формування сигналу автоматичного регулювання підсилення, а виконавчий елемент автоматичного регулювання підсилення в кожному каналі прийому виконаний у вигляді включених послідовно першого помножуючого цифро-аналогового перетворювача. UA 108990 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Технічне рішення належить до області локаційних пристроїв, зокрема до їхніх прийомних трактів, і може знайти застосування в акустиці, гідроакустиці, радіолокації. Стаціонаризація рівня сигналів на виході лінійної частини прийомних трактів імпульсних локаторів забезпечується пристроями: часового (ЧАРП), швидкого (ШвАРП), шумового (ШАРП) автоматичного регулювання підсилення [1], які є функціональними елементами локаційного пристрою та включають формувач управляючого сигналу та підсилювач із регульованим коефіцієнтом підсилення. Відомий пристрій автоматичного регулювання підсилення в одноканальному прийомному тракті згідно з патентом RU № 2349031, МПК Н04В1/10, G01R29/26, G01S7/36. Пристрій містить: канал прийому, що включає фільтр сигналу, підсилювач із регульованим коефіцієнтом підсилення (в описі приймач), детектор сигналів каналу прийому, вихід якого є виходом каналу прийому, канал шумової завади, що включає фільтр шумової завади, з'єднаний, входом із входом фільтра сигналу, перший детектор каналу АРП шумової завади, підсилювач обвідної шумової завади (в описі другий підсилювач), включені послідовно, перший пороговий пристрій, ключ, входи яких об'єднані і підключені до виходу підсилювача обвідної шумової завади, перший канал АРП в смузі сигналу, що включає детектор каналу АРП в смузі сигналу (в описі третій детектор), з'єднаний входом із входом підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення і підключений до виходу фільтра сигналу, підсилювач обвідної сигналу першого каналу АРП (в описі третій підсилювач), другий граничний пристрій, включені послідовно, схему порівняння, перший і другий входи якої з'єднані, відповідно, з виходами першого і другого граничних пристроїв, другий канал АРП в смузі сигналу, що включає детектор другого каналу АРП в смузі сигналу (в описі перший детектор), з'єднаний входом із входом детектора сигналів каналу прийому і підключений до виходу підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення, підсилювач обвідної сигналу другого каналу АРП (в описі перший підсилювач), другий пороговий пристрій другого каналу АРП, включені послідовно, суматор, з'єднаний першим входом з виходом другого граничного пристрою другого каналу АРП, другим входом з виходом ключа, а виходом з управляючим входом підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення. На порогові входи першого, другого, третього детекторів подаються напруги затримки від регульованих джерел Недоліки пристрою. Згідно з описом до патенту RU № 2349031, згаданий пристрій АРП захищає "… від перевантажень підсилювач приймача, викликаних імпульсними шумовими завадами, тривалість дії яких порівняна із тривалістю імпульсів прийнятих сигналів", за умови, що смуга шумової завади є ширшою за смугу прийому і не захищає від прицільної шумової завади, що діє в смузі прийому. Пристрій має складну 2-петльову структуру: контур розімкнутої АРП вперед, контур АРП зі зворотним зв'язком назад і побудоване на аналогових елементах - детекторах затримки, схемах порівняння, параметри яких наражені на дрейфування під дією дестабілізуючих факторів: коливань температури, напруги живлення і потребують контролю та підстроювання. В імпульсних локаторах з динамічним діапазоном вхідних сигналів Dbx = (120-160) дБ і відповідному максимальному коефіцієнті підсилення, необхідному для виявлення луна-сигналів з максимальної дальності, пристрій АРП зі зворотним зв'язком за схемою, що діє за середнім значенням, обвідної сигналу за час τ АРП, не забезпечує стаціонаризацію рівнів сигналів через перевантаження вихідного каскаду прийомного тракту з динамічним діапазоном Dbx = (15÷20) дБ і потребує додаткового контуру часового автоматичного регулювання підсилення (ЧАРП). Відомий пристрій ЧАРП згідно з описом [http://life-prog.ru/1_32474_shema-vremennoyavtomaticheskoy-regulirovki-usilitelya-varu.html]. Вузол ЧАРП містить пускову схему - очікуючий блокінг-генератор, зібраний на транзисторі ПП1; зарядно-розрядний каскад на транзисторі ПП2 із часозадавальним ланцюжком (С6, R12, R11); непідсумовуючий змішувач, з'єднаний входом з виходом зарядно-розрядного каскаду, емітерний повторювач ППЗ, з'єднаний входом з виходом + чекаючого блокінг-генератора, емітерний повторювач ПП4, на загальному навантаженні яких у сигнал ЧАРП замішується бланкуючий імпульс, що замикає підсилювач під час випромінювання зондуючого імпульсу. Недоліки пристрою. Схема ЧАРП формує експонентний закон регулювання підсилення в радіолокаційних приймачах з фіксованою, що не має градацій, та залежної від рівня випромінювання і тривалості сигналу постійної часу ≈100 мкс, яка обумовлена параметрами резистивно- ємнісного часозадавального ланцюжка С6, R12, R11, які є чутливими до дії дестабілізуючих факторів. Відомий гідролокаційний пристрій (патент RU № 2241242, МПК G01S 15/08, G01S 7/52) з часовим регулюванням підсилення, вибраний за прототип. 1 UA 108990 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій містить цифрову обчислювальну систему (ЦОС) обробки сигналів, управління, відображення (в описі мікроконтролер, дисплей, вхід якого підключений до виходу мікроконтролера), тракт випромінювання (в описі передавач), вхід регулювання потужності і вхід сигнал збудження якого підключені до першого та другого управляючих виходів ЦОС обробки сигналів, управління, відображення, тракт аналогової обробки сигналів (в описі приймач), перший управляючий вхід якого Ступінчасте регулювання підсилення з'єднаний з третім управляючим виходом ЦОС, блок аналого-цифрового перетворення (в описі аналого-цифровий перетворювач), вхід якого з'єднаний з виходом тракту аналогової обробки сигналів, а Вихід підключений до Входу ЦОС обробки сигналів, управління, відображення, включені послідовно блок автоматичного регулювання підсилення (в описі ЧАРП 7), синхровхід якого з'єднаний із четвертим управляючим виходом ЦОС, а вихід з'єднаний із другим управляючим входом тракту аналогової обробки сигналів, оборотна акустична антена (в описі електро-акустичний перетворювач), підключена входами до виходів тракту випромінювання, а виходом до входів тракту аналогової обробки сигналів. Недоліки пристрою. У режимі гідролокації завада на вході містить шумову та ревербераційну компоненти, з високою часовою та просторовою нестаціонарністю. Ревербераційний компонент включає об'ємну, донну, поверхневу складові, рівні яких мають різні часові закони зміни з параметрами, що залежать від глибини моря, рівня хвилювання, температури [2]. Згідно з описом прототипу, закон часового регулювання підсилення, записаний у 8-розрядному адресному просторі комірки довготривалої пам'яті, у циклі огляду зчитується за командами 8-розрядного лічильника мікроконтролера, перетворюється у напругу цифро-аналоговим перетворювачем і надходить на управляючий вхід підсилювача з керованою напругою коефіцієнтом підсилення з діапазоном регулювання 80 дб, замість необхідних (110-120) дб. Блок ЧАРП не має даних про діючі значення завади перед елементом регулювання через відсутність зв'язку із входом приймача. Із цієї причини закон часового регулювання підсилення з обмеженим числом фіксованих параметрів не забезпечує точність стаціонаризації в умовах роботи, що змінюються. У прийомному тракті прототипу відсутнє автоматичне регулювання підсилення по шумах, що необхідно для роботи в режимі шумопеленгування. В основу технічного рішення поставлено задачу вдосконалення гідроакустичної станції у частині підвищення точності стабілізації напруги вихідного сигналу прийомного тракту в широкому динамічному діапазоні шляхом цифрового формування адаптивного, з урахуванням динаміки параметрів вхідного процесу, АРП до виконавчого елемента регулювання підсилення. Для вирішення цієї задачі потрібне аналого-цифрове перетворення та безперервний вимір параметрів сигналів з динамічним діапазоном DDbx.=(100-120) дБ виконувати на вході виконавчого елемента регулювання підсилення. Сучасні серійні, швидкодіючі АЦП, застосовувані в системах цифрової обробки сигналів, наприклад LTC 1748, забезпечують частоту дискретизації F≈80 МГц і розрядність даних r=14 біт (78 дБ) замість необхідних r=20 біт (120 дБ). [http://www.radioradar.net/hand_book/documentation/cap_acp_lt.html]. Узгодження динамічних діапазонів сигналу та АЦП може бути реалізоване стисканням амплітуди сигналу логарифмічним підсилювачем з великим DD≈100-120 дБ. [3] При цьому, відновлення діапазону з нерівномірним квантуванням здійснюється багаторозрядним (r=24 біт) цифровим антилогарифмічним перетворенням, а перехід до рівномірного квантування рівнів - лінійною цифровою фільтрацією з багаторозрядною (r=32 біт) імпульсною характеристикою. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій гідроакустичній станції, що містить Цифрову обчислювальну систему (ЦОС) обробки сигналів, управління, відображення, Тракт випромінювання, що містить синтезатор задавальних сигналів, підсилювач потужності, які включені послідовно, Тракт аналогової обробки сигналів у складі Μ каналів прийому, кожний з яких містить включені послідовно вхідний підсилювач, преселектор, виконавчий елемент регулювання підсилення, діапазонний фільтр, цифро-аналоговий перемножник гетеродинного і канального сигналів, з'єднаний входом D з Входом гетеродин (Вхід Гетер.) каналу прийому, фільтр проміжної частоти, підсилювач проміжної частоти, вихід якого є виходом каналу прийому, Блок М-канального аналого-цифрового перетворення (АЦП), з'єднаний Μ входами з виходами відповідних Μ каналів прийому, Виходом D із Входом D ЦОС обробки сигналів, управління, відображення, Блок формування сигналу автоматичного регулювання підсилення, з'єднаний Виходом Автоматичне регулювання підсилення (Вихід АРП) із Входами Автоматичне регулювання підсилення (Вхід АРП) каналів прийому, Входом Управління (Вхід Упр.) Магістраллю управління з'єднаний із Входом Упр. Тракту випромінювання, Входом Упр. Блока аналого-цифрового перетворення, Входами Гетеродин (Вхід Гетер.) каналів прийому і Виходом Команди ЦОС обробки сигналів, управління, відображення, Акустичну приймально 2 UA 108990 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 випромінюючу систему в складі Μ комутаторів Прийом-Випромінювання, Входи Випромінювання (Вхід Випром.) яких з'єднані між собою та підключені до Виходу підсилювача потужності Тракту випромінювання, Виходи Прийом (Вихід Прийом) з'єднані із входами відповідних Μ каналів прийому Тракту аналогової обробки сигналів, Μ акустичних приймачіввипромінювачів, з'єднаних своїми Входами - Виходами із Входами Виходами відповідних Μ комутаторів Прийом – Випромінювання, в якій новим є те, що Блок формування сигналу автоматичного регулювання підсилення виконаний у вигляді включених послідовно Μ канального суматора, кожний Вхід якого з'єднаний з Виходом преселектора та Входом виконавчого елемента регулювання підсилення відповідного каналу прийому, логарифмічного підсилювача, АЦП логарифмованого сигналу, цифрового табличного антилогарифмічного експандера на базі довготривалого запам'ятовуючого пристрою (ДЗП1), цифрового комплексного фільтра експандованого часового сигналу - вимірника обвідної, цифрового табличного формувача множників коефіцієнта регулювання підсилення на базі довготривалого запам'ятовуючого пристрою (ДЗП2), Вихід якого є Виходом автоматичного регулювання підсилення (АРП) Блока формування сигналу автоматичого регулювання підсилення, Вхід D з'єднаний із Входами D АЦП логарифмованого сигналу, цифрового табличного антилогарифмічного експандера ДЗП1, цифрового комплексного фільтра експандованого часового сигналу - вимірника обвідної і підключений до Входу Упр. Блока формування сигналу автоматичного регулювання підсилення, а виконавчий елемент автоматичного регулювання підсилення в кожному каналі прийому виконаний у вигляді включених послідовно першого помножуючого цифро-аналогового перетворювача, узгоджуючого підсилювача, другого помножуючого цифро-аналогового перетворювача, Вихід якого є Виходом виконавчого елемента автоматичного регулювання підсилення, а управляючі входи D першого і другого помножуючих цифро-аналогових перетворювачів об'єднані та з'єднані із входом АРП виконавчого елемента автоматичного регулювання підсилення каналу прийому. Пропоноване рішення ілюструється графічними матеріалами. на Фіг. 1 представлена структура Гідроакустичної станції з універсальним автоматичним регулюванням підсилення; на Фіг. 2 представлена структура каналу прийому; на Фіг. 3 представлена структура Блока формування управляючого сигналу регулювання підсилення; на Фіг. 4 представлена реалізація часового сигналу y 4(v) на входах Блока формування управляючого сигналу регулювання підсилення - виконавчого елемента регулювання підсилення, як сума сигналів об'ємної, донної, поверхневої складових ревербераційної завади на виході преселектора; на фіг. 5 представлена реалізація часового сигналу Ly4(v) на виході логарифмічного підсилювача; на Фіг. 6. безперервною лінією sl(k) представлено сигнал на виході каналу прийому у прототипі при детермінованому показниково-степеневому hlk законі ЧАРП згідно з [4] із кількістю відліків Dk=256 за цикл огляду тривалістю Т=16 сек.; на Фіг. 7. безперервною лінією s0(k) представлено сигнал на виході каналу прийому у пристрої, що заявляється, із законом регулювання H0k=l/z k та 26-розрядному ЧАРП; на Фіг. 8 безперервною лінією σl(k) представлена зміна середньоквадратичного, "вимірюваного" на часовому інтервалі 7,8 мл·сек значення сигналу на виході каналу прийому у пристрої прототипі із законом регулювання hlk за цикл огляду Т=16 сек; на Фіг. 9 безперервною лінією σ0(k) представлена зміна середньоквадратичного, "вимірюваного" на часовому інтервалі 7,8 мл·сек значення сигналу на виході каналу прийому у пристрої, що заявляється, із законом регулювання H0k за цикл огляду Т=16 сек. Гідроакустична станція 1 містить Цифрову обчислювальну систему (ЦОС) обробки сигналів, управління, відображення 2, Тракт випромінювання 3, що містить синтезатор задавальних сигналів 4, підсилювач потужності 5, включені послідовно, Тракт аналогової обробки сигналів 6 у складі Μ каналів прийому 7, кожний з яких містить вхідний підсилювач 8, преселектор 9, включені послідовно, виконавчий елемент регулювання підсилення 10, діапазонний фільтр 11, цифро-аналоговий перемножник гетеродинного і канального сигналів 12, фільтр проміжної частоти 13, підсилювач проміжної частоти 14, вихід якого є виходом каналу прийому 7, включені послідовно, Блок М-канального аналого-цифрового перетворення 15, з'єднаний Μ входами з виходами відповідних Μ каналів прийому 7, Виходом D із Входом D Цифрової обчислювальної системи (ЦОС) обробки сигналів, управління, відображення 2, Блок формування сигналу аавтоматичного регулювання підсилення 16, з'єднаний Виходом Автоматичне регулювання підсилення (Вихід АРП) із Входами Автоматичне регулювання підсилення (Вхід АРП) каналів 3 UA 108990 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 прийому 7, Входом Управління (Упр.) Магістраллю управління з'єднаний із Входом Упр. Тракту випромінювання 3, Входом Упр. Блока аналого-цифрового перетворення 15, Входами Гетеродин (Вхід Гетер.) каналів прийому 7 і Виходом Команди ЦОС обробки сигналів, управління, відображення 2, Приймально-випромінюючу систему 17 у складі Μ комутаторів Прийом-Випромінювання 18, Входи Випроміновання (Вхід Випром.) яких з'єднані між собою та підключені до Виходу підсилювача потужності 5 Тракта випромінювання 3, Виходи Прийом з'єднані із входами відповідних Μ каналів прийому 7 Тракта аналогової обробки сигналів 6, Μ приймачів-випромінювачів 19, з'єднаних своїми Входами-Виходами із Входами відповідних Μ комутаторів Прийом-Випромінювання 18, при цьому, Блок формування сигналу аавтоматичного регулювання підсилення 16 виконаний у вигляді включених послідовно М- канального суматора 20, кожний вхід якого з'єднаний з Виходом преселектора 9 і підключений до Входу виконавчого елемента регулювання підсилення 10 відповідного каналу прийому 7, логарифмічного підсилювача 21, АЦП логарифмованого сигналу 22, цифрового табличного антилогарифмічного експандера 23 на базі довготривалого запам'ятовуючого пристрою 1 (ДЗП1), цифрового комплексного фільтра експандованого часового сигналу-вимірника обвідної 24, цифрового табличного формувача множників коефіцієнта регулювання підсилення на базі довготривалого запам'ятовуючого пристрою 2 (ДЗП2), Вихід якого є Виходом автоматичного регулювання підсилення (Вихід АРП) 25 Блока формування сигналу автоматичного регулювання підсилення 16, Вхід D з'єднаний із Входами D АЦП логарифмованого сигналу 22, цифрового табличного антилогарифмічного експандера 23, цифрового комплексного фільтра експандованого часового сигналу – вимірника обвідної 24 і підключений до Входу Упр. Блока формування сигналу аавтоматичного регулювання підсилення 16, а виконавчий елемент регулювання підсилення 10 у кожному каналі прийому 7 виконаний у вигляді включених послідовно першого помножуючого цифро-аналогового перетворювача 26, погоджуючого підсилювача 27, другого помножуючого цифро-аналогового перетворювача 28, Вихід якого є Виходом виконавчого елемента автоматичного регулювання підсилення 10, а управляючі Входи D першого і другого помножуючих цифро-аналогових перетворювачів об'єднані і з'єднані із Входом АРП виконавчого елемента автоматичного регулювання підсилення 10 каналу прийому 7. Пристрій працює в такий спосіб. У режимі Гідролокація по команді Початок випромінювання від ЦОС обробки сигналів, управління, відображення 2 синтезатор задавальних сигналів 3 формує задавальний сигнал збудження, який підсилюється підсилювачем потужності 5 і надходить на Входи Випром. комутаторів Прийом-Випромінювання 18. На часовому інтервалі випромінювання тривалістю τ комутатори Прийом-Випромінювання 18 з'єднують Вихід підсилювача потужності 5 із Входами– Виходами відповідних Μ оборотних електроакустичних перетворювачів 19 і відключають Виходи Прийом від входів відповідних Μ каналів прийому 7 Тракту аналогової обробки сигналів 6, Електроакустичні перетворювачі 19 на часовому інтервалі τ під дією задавальних потужних сигналів збуджують у середовищі акустичні коливання. По команді Початок випромінювання від ЦОС обробки сигналів, управління, відображення 2 Блок формування управляючого сигналу регулювання підсилення 16 установлює на своєму Виході АРП початковий коефіцієнт послаблення А=-100 дБ. По завершенні випромінювання в момент часу t= комутатори ПрийомВипромінювання 18 відключають Входи–Виходи відповідних Μ оборотних електроакустичних перетворювачів 19 від Виходу підсилювача потужності 5 і з'єднують із входами відповідних Μ каналів прийому 7 Тракту аналогової обробки сигналів 6. Блок формування управляючого сигналу регулювання підсилення 16 у циклі огляду виконує наступні дії. У блоці формування сигналів автоматичного регулювання підсилення 16 безперервні сигнали уm(t) з виходів Μ преселекторів 9 каналів прийому 7 підсумовуються з коефіцієнтом 1/М суматором 20 yt    ymt  / M ; m  1,...M ; (1) m 50 логарифмічний підсилювач 21 стискає динамічний діапазон сигналу yt  yt   t   signyt   n yt   ; (2) 14-розрядний АЦП 22 виконує часову дискретизацію з частотою Найквиста F≈2.5·fв та квантування рівня сигналу - t  і встановлює код модуля сигналу  n на адресному вході 55 Цифрового экспандера 23 t  1/ F ; t  tn  n  t ; t    n sign n    n ; (3) 4 UA 108990 U Цифровий 24-розрядний експандер 23 на базі ДЗП, у 13-ти розрядному адресному просторі якого записані 24-розрядні відліки exp   , відновлює динамічний діапазон сигналу  n у цифровому зображенні та помножує на знак відліку в n-м такті  n n  sign n   exp  n  ; (4) 5 32-розрядний цифровий фільтр - вимірник обвідної сигналу 24 виконує цифрову, нерекурсивну, смугову, фільтрацію Dn=256-го порядку в ковзному вікні з комплексною імпульсною характеристикою hΔn часової послідовності експандованих цифрових відліків  n обчислює модуль обвідної Zk у часовому стрибаючому вікні із кроком ΔΜ=64 відліків (7.8 мсек) Zn   hn   nDn dn ; n  1 Dn ; n  0,...N  1; N  F  T ; (5) ,... n 10 Zk   Zk  1  M  dk/ M ; k  entiren / M ; dk  0,...M 1; (6) dk hn  A n  expi  o  n  t   sinD / 2  n  Dn  1 / 2 t/D / 2  n  Dn  1 / 2 t ; (7) 15 20 25 30 35 де o  2    fo ; D  2    Df ; fo - центральна частота смугового фільтра 16 Df - смуга фільтра A n - вагова функція (вікна Хемминга, Бартлета), T - період огляду. entiren / M - ціла частина відношення n / M . Табличний процесор 25 формує множник коефіцієнта регулювання підсилення Hlk, записує в регістри першого 26 і другого 28, помножуючих ЦАП виконавчого елемента регулювання підсилення 10 каналів прийому 7. Hlk=H0k; H0k=l/Zk; (8) у каналах прийому 7 вихідні сигнали преселектора 9 помножуються на коефіцієнти регулювання підсилення Hlk першим 26 і другим 28 помножуючими ЦАП, що забезпечують загальний діапазон коефіцієнта регулювання D=2 13 6=156 дБ ym, t   ym, t   H0k  s0m, t, k  ; (9) стаціонаризовані шляхом регулювання підсилення канальні сигнали ym, t,k  фільтруються діапазонним фільтром 11, гетеродинуються на проміжну частоту fпч, перемножниками гетеродинного і канального сигналів 12 та фільтром проміжної частоти 13, підсилюються підсилювачем проміжної частоти 14 і надходять на входи Блока аналого-цифрового перетворення 15 f  fпч  f  fгн ; ym, t, k   s0m, t, k  ; (10) Блок аналого-цифрового перетворення 15 виконує синхронну дискретизацію Μ стаціонаризованих АРП часових канальних сигналів і передає у ЦОС обробки сигналів, управління, відображення 2 t  n dt ; dt  1/ F ; s0m, t, k   s0m,n ; (11) ЦОС обробки сигналів, керування, відображення 2 виконує наступні дії: - фазує цифрові канальні сигнали s0m,n для Μ променів. s 0 m ,n  S j ,dm,n   g dm,dn  s 0 m od j  dm, M ,n  Dn dn ; m  0,...M  1 ; j  M  1 ; (12) dn dn  0,...dN  1: dm  0,...dM 1; 40 g dm, dn  exp i  Wo / c     cosdm     wo  dn  dt ;   2   / M ; (13) де: Sj, dm,n - n -й часовий відлік цифрового фазованого сигналу dm-го каналу у j- му промені; gdm,dn - відлік імпульсної характеристики вузькосмугового фазуючого фільтра для кругової 45 50 бази радіуса  на проміжній частоті wo ; Μ - число каналів прийому, число променів; dM - число каналів, що формують 1 промінь; dN - порядок смугового фазуючого фільтра; wo - середня кругова частота цифрового смугового фазуючого фільтра; W0 - середня кругова частота аналогового діапазонного фільтра;  - кутова відстань між приймачами на круговій базі радіуса  ; с - швидкість звуку. 5 UA 108990 U - формує в кожному періоді дискретизації масив відліків R j,n у Μ променях шляхом підсумовування цифрових фазованих сигналів Yj,m,n R j,n  b dm  S j, dm,n ; dm  0,...dM  1 ;. (14) dm bdm - коефіцієнт амплітудного розподілу 5 - виконує узгоджену частотну часову обробку вузькосмугових сигналів у стрибаючому часовому вікні з Dn відліків E j,,q  A dn,  R j,[ q1)  Dn  dn]  exp i  2      dn / DN ; dn  0,...DN  1:   0,...DN  1 ; (15)  dn q  entiren // Dn ; A n - вагова функція (вікна Хемминга, Бартлета), 10 - обчислює середньоквадратичне по спектру і променях значення завади σ q на множині E М×DN відліків  j,,q , адаптивні пороги П(D)q, і виконує граничну обробку в q-му часовому стробе ПDq  ПDo,  q ; (16)     q   E j,,q2    E j,,q 2 15  12 ; (17) ПDo - поріг для нормованого гаусового процесу з дисперсією 2  1 і ймовірністю хибних тривог D. [5] 1 E j,,q  ПDq  0; є контакт q  0 E j,,q  ПDq  0; немає контакту (18) - вимірює параметри: пеленг - Ф, дальність - Д, радіальна швидкість - V для відліків лунасигналів, що пройшли поріг - E j,,q  ПDq  0 . 20     Ф j,,q  Ф0 j   E j,,q  E j1,,q  E j,,q  E j1,,q ; (19) Дq  c  q  Dn  dt / 2 ; (20) V  c    df / 2  fo ; (21) де E j1,,q - найбільший з відліків у бічних відносно j-го променях, у якому виявлено сигнал. Ф0 j  j  0.5   ; - кут рівносигнального прийому між j-м променем, в якому виявлено сигнал, 25 що перетнув поріг, та боковим променем з найбільшим значенням відліку E j1,,q .   2   / M ; (22) q  Dn  dt - затримка луна-сигналу df  1/ Dn  dt - частотна роздільність часової обробки. 30 35 40 45 Ідеальний закон регулювання підсилення повинен забезпечити в циклі огляду рівність Ht   zt   1 ; (23) де: Ht  - коефіцієнт регулювання підсилення; zt  - обвідна часового процесу на вході виконавчого елемента регулювання підсилення 10. Інтенсивності донної, поверхневої, об'ємної складових ревербераційної завади можуть змінюватися в діапазоні (30-40) дб залежно від хвилювання моря, його глибини, району, пори року тощо. У пристрої-прототипі згідно з описом реалізовані: - ступінчасте, за командами мікроконтролера регулювання підсилення із кроком 6 дБ по першому входу управління, прив'язане до рівня випромінювання, з коефіцієнтом, постійним у циклі огляду; -часове автоматичне регулювання підсилення (ЧАРП), сформоване за схемою: 8-розрядний лічильник, 8-розрядний постійний запам'ятовуючий пристрій коефіцієнтів ЧАРП, прошитих із кроком 3 дБ помножуючий цифро-аналоговий перетворювач - підсилювач, керований напругою. Блок ЧАРП, працює в автоматичному режимі з одним некоригованим законом регулювання з фіксованими параметрами, обумовленим 8-розрядним постійним запам'ятовуючим пристроєм і забезпечує діапазон регулювання підсилювачем, керованою напругою 80 дБ із дискретністю 3 дБ. 6 UA 108990 U 5 10 При детермінованому законі ЧАРП та багатоваріантності параметрів зміни ревербераційної завади не забезпечується якість стаціонаризації, тобто потрібне додаткове автоматичне регулювання підсилення за даними про рівень завади. За ознакою взаємного розташування точки знімання даних для формування управляючого впливу щодо точки розміщення елемента регулювання та часовому інтервалі оцінювання рівня завади в пропонованому технічному рішенні реалізується розімкнуте швидке АРП вперед. Для порівняння характеристик прототипу та пристрою, що заявляється, моделювалася їхня робота на вузькосмуговій ревербераційній заваді з динамічним діапазоном D=110 дБ. У пристрої прототипі був вибраний показово-степеневий закон регулювання hlv, зворотний функції ослаблення луна-сигналу згідно з рекомендацією [4] h1v  hlo  enirev / Dv Dv 100,1 enirev / DvDvcdt ; (24) 2 dt  1/ F ; dt - період дискретизації; N  F  T ; N - кількість відліків сигналу за період огляду Т=16 сек; Dv  N / 256  512 ; Dv - дискрет зміни коду БРП; 15 enirev / Dv  - ціла частина відношення v / Dv  дБ/км;   0,036  f 3 2Дб / км ; 20 с  15 км/ сек . , Точність регулювання r оцінювалася як відношення середнього за час огляду Τ=16 сек значення модуля різниці середньоквадратичного значення сигналу k  , "вимірюваного" на часовому інтервалі   7.8 мсек і середнього за час огляду Τ=16 сек середньоквадратичного значення сигналу М| до середнього за час огляду Т середньоквадратичного значення сигналу Μ на виході каналу прийому. M k  / Q ; k  0,...Q  1 ; (25)………  k r  k   M / Q  M ; k  0,...Q  1. (26)……… k 25 30 35 40 45 50 55 За результатами моделювання показник стабілізації становить: r0  0.00365 в пропонованому універсальному пристрої, r1  0.302 - у прототипі. Ефект підвищення точності стаціонаризациї щодо прототипу в 83 рази в широкому динамічному діапазоні - D≈110 дБ досягається: - попереднім стисканням амплітудного діапазону сигналів логарифмічним підсилювачем з великим динамічним діапазоном 100-110 дБ [3]; - аналого-цифровим перетворенням компандованого сигналу; - відновленням амплітудного діапазону цифровим антилогарифмічним експандером на базі довготривалого запам'ятовуючого пристрою ДЗП1, в якому в 13-розрядному адресному просторі записані 24-розрядні відліки експандованого сигналу; - смуговою фільтрацією експандованого сигналу нерекурсивним комплексним фільтром 256го порядку та оцінюванням рівня обвідної завади Zk на часовому інтервалі гл  8 мсек цифровим 32-розрядним процесором; - цифровим табличним формуванням управляючого сигналу АРП на базі 32-розрядного довготривалого запам'ятовуючого пристрою ДЗП2, в якому в 32-розрядному адресному просторі записані 13-розрядні відліки множників Hlk за законом Hlk=1/Zk [4]; - реалізацією виконавчого елемента регулювання у вигляді 2-х включених послідовно. Пристрій, що заявляється, є універсальним, тобто виконує роботу в режимі Гідролокації в умовах 3-компонентної показово-степеневої за часом ревербераційної завади з високою нестаціонарністю на початку циклу огляду, що забезпечується вибором малих часових інтервалів інтегрування гл  5  10мсек , і в режимі Шумопеленгування - вибором часових інтервалів інтегрування шп  3  5сек . У Таблиці наведені порівняльні характеристики Прототипу і технічного рішення, що заявляється. Джерела інформації: 1. Радиоприемные устройства / Под редакцией проф. Жуковского А.П. - Μ.: Высшая школа, 1989. - С. 158-172. 2. Сташкевич А.П. Акустика моря. – Ленинград: Судостроение, 1966. - С. 160-171. 3. Функциональные усилители с большим динамическим диапазоном / Под редакцией Волкова В.В. – Москва: Советское радио, 1976. 4. Колчеданцев А.С. Гидроакустические станции. - Л.: Судостроение, 1982. - С. 108-109. 5. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь, 1988. - С. 247. 7 UA 108990 U Таблиця Пристрій Прототип Універсальне АРП N=256 2  Д / с   гл ;; Д=10 км;  гл  7.8 мсек ; c  1500м / сек ; Т  2666 1-н з фіксованими параметрами Hlk  1/ Zk Параметр N - число відліків управління Нk за період огляду Τ =16 сек Закон управління Нk k - номер відліку β - кілометричне поглинання Виконуючий елемент підсиленням Hk  Ho  k  2  10cdt . Zk  k -й відлік обвідної c  1500м / сек ;   T / N . регулювання Дискретизація коефіцієнта АРП Нk Діапазон регулювання D АРП Відношення Ґ середнього за час огляду Т= 16 сек. модуля відхилення середньоквадратичного значення сигналу k  на інтервалі   7.8 мсек від середнього за час огляд Т= 16 сек середньоквадратичного значення сигналу Μ до середнього за час огляду Т=16 сек. середньоквадратичного значення сигналу Μ Збільшення точності -   r1 r0 разів завади підсилювач з коефіцієнтом підсилення, що керується напругою нелінійна із кроком 3 дБ 80 дБ 2-а помножуючих 14 разрядних (13+1наковй) ЦАП. -26 рівномірна із кроком 2 r1   20  log226  156 дБ Q 1 1k   M1 /(Q  M1) k 0 r0   Q 1 0k   M1 0 /(Q  M0) k 0 Q 1 M1   1k  / Q k 0 Q 1 M0   0k  / Q k 0 r1  0.302 1 Шумове автоматичне регулювання підсилення в режимі Шумопеленгування (ШП) r0  0.00365 83 інтервал інтегрування в контурі АРП в режимі ШП Відсутнє шп  3  5сек ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 Гідроакустична станція з універсальним автоматичним регулюванням підсилення, що містить Цифрову обчислювальну систему (ЦОС) обробки сигналів, управління, відображення, Тракт випромінювання, що містить синтезатор задавальних сигналів, підсилювач потужності, які включені послідовно, Тракт аналогової обробки сигналів у складі Μ каналів прийому, кожний з яких містить включені послідовно вхідний підсилювач, преселектор, виконавчий елемент регулювання підсилення, діапазонний фільтр, цифро-аналоговий перемножник гетеродинного і канального сигналів, з'єднаний входом D з Входом гетеродин (Вхід Гетер.) каналу прийому, фільтр проміжної частоти, підсилювач проміжної частоти, вихід якого є виходом каналу прийому, Блок М-канального аналого-цифрового перетворення (АЦП), з'єднаний Μ входами з виходами відповідних Μ каналів прийому, Виходом D із Входом D ЦОС обробки сигналів, управління, відображення, Блок формування сигналу автоматичного регулювання підсилення, з'єднаний Виходом Автоматичне регулювання підсилення (Вихід АРП) із Входами Автоматичне регулювання підсилення (Вхід АРП) каналів прийому, Входом Управління (Вхід Упр.) Магістраллю управління з'єднаний із Входом Упр. Тракту випромінювання, Входом Упр. Блока аналого-цифрового перетворення, Входами Гетеродин (Вхід Гетер.) каналів прийому і Виходом Команди ЦОС обробки сигналів, управління, відображення, Акустичну приймальновипромінюючу систему в складі Μ комутаторів Прийом-Випромінювання, Входи Випромінювання (Вхід Випром.) яких з'єднані між собою та підключені до Виходу підсилювача потужності Тракту випромінювання, Виходи Прийом (Вихід Прийом) з'єднані із входами відповідних Μ каналів прийому Тракту аналогової обробки сигналів, Μ акустичних приймачіввипромінювачів, з'єднаних своїми Входами-Виходами із Входами-Виходами відповідних Μ комутаторів Прийом Випромінювання, яка відрізняється тим, що Блок формування сигналу 8 UA 108990 U 5 10 15 автоматичного регулювання підсилення виконаний у вигляді включених послідовно Μ канального суматора, кожний Вхід якого з'єднаний з Виходом преселектора та Входом виконавчого елемента регулювання підсилення відповідного каналу прийому, логарифмічного підсилювача, АЦП логарифмованого сигналу, цифрового табличного антилогарифмічного експандера на базі довготривалого запам'ятовуючого пристрою (ДЗП1), цифрового комплексного фільтра експандованого часового сигналу - вимірника обвідної, цифрового табличного формувача множників коефіцієнта регулювання підсилення на базі довготривалого запам'ятовуючого пристрою (ДЗП2), Вихід якого є Виходом автоматичного регулювання підсилення (АРП) Блока формування сигналу автоматичого регулювання підсилення, Вхід D з'єднаний із Входами D АЦП логарифмованого сигналу, цифрового табличного антилогарифмічного експандера ДЗП1, цифрового комплексного фільтра експандованого часового сигналу - вимірника обвідної і підключений до Входу Упр. Блока формування сигналу автоматичного регулювання підсилення, а виконавчий елемент автоматичного регулювання підсилення в кожному каналі прийому виконаний у вигляді включених послідовно першого помножуючого цифро-аналогового перетворювача, узгоджуючого підсилювача, другого помножуючого цифро-аналогового перетворювача, Вихід якого є Виходом виконавчого елемента автоматичного регулювання підсилення, а управляючі входи D першого і другого помножуючих цифро-аналогових перетворювачів об'єднані та з'єднані із входом АРП виконавчого елемента автоматичного регулювання підсилення каналу прийому. 9 UA 108990 U 10 UA 108990 U 11 UA 108990 U 12 UA 108990 U 13 UA 108990 U 14 UA 108990 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 15