Інтерферометр

Винахід належить до області гідроакустики і може бути використаний при геологічних дослідженнях морського дна, прокладкі підводних комунікацій, одержанні зведень про топографію донної океанічної поверхні. Відомі гідролокатори бокового огляду [кн. Богородский «Гидроакустическая техника исследования и освоения океана» ДГидрометеоиздат, 1984 с. 136-137], що призначені для гідролокаційної зйомки донної поверхні і містять у собі антену, антенний комутатор, передавальний тракт, приймально-підсилювальний тракт, пристрій відображення інформації і пристрій керування, причому вихід антени гідролокатора бокового огляду через антенний комутатор, підключений до виходу передавального тракту і входу приймальня-підсилювального тракту, перший, другий і третій керуючі виходи пристрою керування з'єднані з керуючими входами передавального тракту, приймально-підсилювального тракту і пристрою відображення інформації відповідно, вихід приймально-підсилювального тракту підключений до інформаційного входу пристрою відображення інформації. Характеристика' направленості антени гідролокатора бокового огляду широка (40-60)° у вертикальній площині і вузька (1-2)° у горизонтальній площині, орієнтована під прямим кутом до напрямку руху судна. При цьому огляд і реєстрація зображення елементів звукорозсіюючого середовища в товщі води і донної поверхні здійснюється в прямокутній системі координат (похила дальність - шляхова дальність). Недоліком даного пристрою є відсутність можливості виміру глибини осторонь від судна. Найбільш близьким до пропонованого пристрою є фазовий гідролокатор бокового огляду, побудований за принципом інтероферометрічного пристрою (Фіг.1.а) Акустична система такого ГБО (приймальня), що складається з двох вертикально рознесених на відстань d антен, має через ефект інтерференції сигналів характеристику направленості в вертікальній площини виду æ pd ö R( q' ) = cosç sin q' ÷R1(q ') , (1) l è ø яка має ряд максимумів і мінімумів. Напрямок максимумів визначається формулою l (2) sin qn = n , d де n=1, 2,..., N-1, N - ціла частина відносини d/l. При відповідному виборі відносини d/l можна одержати декілька інтерференційних смуг, що відповідають різниці фаз сигналів j=2pn. Кожна інтерференційна смуга відповідає визначеному куту ковзання акустичного променя. Похила дальність до інтерференційної смуги визначається часом приходу ехосигналів Тн (чи по шкалі реєстратора), глибина l (3) X(t ) = zn = rn sin q = rn n , d горизонтальна відстань 2 æl ö (4) Y(t ) = rn cos qn = rn = 1- ç n÷ , èd ø і визначення координат (х, у) зводиться до виміру похилих відстаней rn = cTn / 2 , (5) де с - швидкість поширення звуку у воді, і визначенню номера смуги. Інтерферометр, що містить в собі пристрій відображення інформації, пристрій обробки інформації, пристрій керування, формувач частоти запуску, формувач імпульсу запуску, підсилювач потужності, випромінюючу антену, першу і другу приймальню антени, перший і другий підсилювач-обмежник, фазовий детектор, причому перший вихід пристрою керування з'єднаний із входом формувача частоти запуску, вихід формувача частоти запуску з'єднаний із входом формувача імпульсу запуску, вихід формувача імпульсу запуску з'єднаний із входом підсилювача потужності, вихід підсилювача потужності підключений до входу випромінюючої антени, виходи першої і другої приймальної антени з'єднані з входами першого і другого підсилювача-обмежника відповідно, вихід першого підсилювача з'єднаний з першим входом фазового детектора, вихід другого підсилювача-обмежника з'єднаний із другим входом фазового детектора, вихід фазового детектора з'єднаний із сигнальним входом пристрою обробки інформації, керуючий вхід пристрою обробки інформації з'єднаний із другим виходом пристрою керування, вихід пристрою обробки інформації з'єднаний із входом пристрою відображення інформації, а керуючий вхід пристрою відображення інформації з'єднаний із третім виходом пристрою керування. Недоліком даного інтерферометра є нерівномірність розрізнювальної здатності по дальності (нерівномірність інерференційних смуг по горизонтальній дальності), що призводить у районі обстеження дна, особливо в далекій зоні, до великого розносу між інтерференційними смугами і відповідно до зменшення загальної розрізнювальної здатності по дальності (див. Фіг.2). Метою винаходу є збільшення розрізнювальної здатності інтерферометра по дальності на далекій і середній дистанції. Така можливість найбільше явно існує при роботі в зоні обстеження зі зменшеною швидкістю руху судна. Поставлена мета досягається тим, що в інтерферометр, що включає в себе пристрій відображення інформації, пристрій обробки інформації, пристрій керування, формувач частоти запуску, формувач імпульсу запуску, підсилювач потужності, випромінюючу антену, першу і др угу приймальню антени, перший і другий підсилювач-обмежник, фазовий детектор, причому перший вихід пристрою керування з'єднаний із входом формувача частоти запуску, ви хід формувача частоти запуску з'єднаний із входом формувача імпульсу запуску, ви хід формувача імпульсу запуску з'єднаний з входом підсилювача потужності, вихід підсилювача потужності з'єднаний із входом випромінюючої антени, виходи першої і другої приймальної антени з'єднані з входами першого і другого підсилювача-обмежника відповідно, вихід першого підсилювача з'єднаний з першим входом фазового детектора, вихід фазового детектора з'єднаний Із сигнальним входом пристрою обробки інформації, керуючий вхід пристрою обробки інформації з'єднаний із другим виходом пристрою керування, вихід пристрою обробки інформації з'єднаний із входом пристрою відображення інформації, а керуючий вхід пристрою відображення інформації з'єднаний із третім виходом пристрою керування, введені керований фазообертач і дільник частоти запуску, причому вхід формувача імпульсу запуску з'єднаний із входом дільника частоти запуску, вихід дільника частоти запуску з'єднаний із входом керованого фазообертача, четвертий вихід пристрою керування з'єднаний з першим керуючим входом дільника частоти запуску, другий вхід керованого фазообертача з'єднаний з виходом другого підсилювача-обмежника, вихід керованого фазообертача з'єднаний із другим входом фазового детектора. Дані ознаки дають можливість вирівнювати розрізнювальну здатність, тобто зменшити рознос інтерференційних смуг по діапазоні дальності в середній і далекій зоні. Фіг.1a - принцип дії інтерферометра; Фіг.1б - принцип дії пропонованого пристрою; Фіг.2 - інтерферограма донної поверхні; Фіг.3 - схема опромінення ділянки донної поверхні променями інтерферометра при зміні швідкості носія та введення просторового зміщення променів; Фіг.4 - стр уктурна схема інтерферометра; Фіг.5 - часові діаграми сигналів интерферометра. Бажаний ефект досягається введенням циклічної через одну посилку (почергового) зміни фазового зсуву у фазових каналах інтерферометра, особливо це виявляється в міру зменшення швидкості судна, коли збільшується надмірність у розрізнення інтерферометра по напрямку руху, тому що ділянки донної поверхні, які опромінюються характеристикою направленості окремими променями багаторазово накладаються один на одного (див. Рис. 3.). У результаті введення в один з каналів тракту прийому фіксованого (наприклад, 180°) фазового зсуву здійснюється: циклічний просторовий зсув променів інтерферометра, що за 2 посилки еквівалентно подвоєнню в середній та дальній зоні кількості променів у сумарному віялі характеристики направленості. Інтерферометр, що заявляється, містить: приймальню антену 1, підсилювач-обмежник 1, фазовий детектор 3, пристрій обробки інформації 4, приймальню антену 5, підсилювач-обмежник 6, керований фазообертач 7, пристрій відображення інформації 8, дільник частоти запуску 9, передавальну антену 10, підсилювач потужності 11, формувач імпульсу запуску 12, формувач частоти запуску 13, пристрій керування 14. При цьому перший вихід пристрою керування 14 з'єднаний із входом формувача частоти запуску 13, вихід формувача частоти запуску 13 з'єднаний із входом формувача імпульсу запуску 12 і входом 2 дільника частоти запуску 9, вихід формувача імпульсу запуску 12 з'єднаний із входом підсилювача потужності 11, вихід підсилювача потужності 11 з'єднаний із входом передавальної антени 10, виходи приймальних антен 1 і 5 з'єднані з входами підсилювачів обмежників 2 і б відповідно, вихід підсилювача-обмежника 2 з'єднаний з входом 1 фазового детектора 3, вихід фазового детектора 3 з'єднаний 3 входом 1 пристрою обробки інформації 4, вихід підсилювача-обмежника 6 з'єднаний з входом 2 керованого фазообертача 7, вхід 1 фазообертача 7 з'єднаний з виходом дільника частоти запуску 9, вихід керованого фазообертача 7 з'єднаний із входом 2 фазового детектора 3, вихід 3 пристрою керування 14 з'єднаний з керуючим входом 1 пристрою відображення інформації 8» вхід 2 пристрою відображення інформації 8 з'єднаний з виходом пристрою обробки інформації 4, вихід 2 пристрою керування 14 з'єднаний із входом 2 пристрою обробки інформації 4, четвертий вихід пристрою керування 14 з'єднаний з керуючим входом 1 дільника частоти запуску 9 (див. Фіг.4). Передавальна антена 10 - гідроакустична передавальна антена із широкою (40-60)° характеристикою направленості в одній площині і вузькою (1-2)° характеристикою спрямованості в іншій площині, орієнтованими вниз у напрямку дна і убік від судна (див. Фіг 1). Підсилювач-обмежник 2 і 6 виконує типову задачу по частотній селекції, посиленню й обмеженню ревербераційних сигналів. Фазовий детектор 3 - пристрій для виділення фазового зсуву вхідних сигналів. Пристрій обробки інформації 4 - робить статистичну обробку прийнятих сигналів. Приймальні антени 1 і 5 - гідроакустичні приймальні антени, призначені для прийому гідроакустичних сигналів і рознесені в просторі на відстань d/X, із широкою (" 40-60)° характеристикою направленості в одній площині і вузькою (1-2)° характеристикою направленості в іншій площині, орієнтованої вниз у напрямку дна і убік від судна (див. Фіг.1). Керований фазообертач 7-пристрій, за допомогою якого можна змінити зсув фази сигналу на 180е ( електричний ланцюг, у якій фаза напруги на виході зрушується щодо фази напруги на вході на задане значення). Пристрій відображення інформації 8 - представляє собою кольоровий відеотермінал (дисплей). Дільник частоти запуску - пристрій, що зменшує часто ту вхідного сигналу у задане число разів. Положення заднього фронту імпульсів, що визначає початок фазового зсуву, регулюється сигналом із пристрою керування (див. Фіг.5). Підсилювач потужності 11 - підсилює по потужності зондувальні сигнали. Формувач імпульсу запуску 12 - пристрій, що формує зондувальний імпульсний сигнал. Формувач частоти запуску 13 - ци фровий пристрій, що генерує періодичний сигнал з частотою запуску. Пристрій керування 14 формує і видає синхронізуючі імпульси у формувач частоти запуску 13, у пристрій відображення інформації 8, пристрій відображення інформації 4, а також у дільник частоти запуску 9 для виключення зміщеного по фазі інтерференційного сигналу в ближній зоні ехолокації. Інтерферометр, що заявляється, працює в такий спосіб: - пристрій керування 14 формує синхроімпульс і подає його на входи пристрою відображення інформації 8, пристрою відображення інформації 4 і вхід формувача часто ти запуску 13.3 ви ходу формувача частоти запуску 13 безупинний тональний сигнал надходить на формувач імпульсу запуску 12.3 виходу формувача імпульсу запуску 12 сформований радіоімпульс надходить на вхід підсилювача потужності 11. Посилений по потужності сигнал надходить на вхід гідроакустичної передавальної антени 10. Відбитий від морського дна ехосигнал надходить на входи приймальних антен 1 і 5, далі підсилюється - обмежується по амплітуді підсилювачами обмежниками 2 і 6, з виходу підсилювача обмежника 2 сигнал надходить на перший вхід фазового детектора, з виходу підсилювача обмежника 6 сигнал через керований фазообертач 7 надходить на другий вхід фазового детектора 3, з виходу фазового детектора 10 сигнал надходять на перший вхід пристрою обробки інформації 4, з виходу пристрою обробки сигналу 4 інформаційний сигнал надходить на вхід пристрою відображення інформації 8. Пропонований інтерферометр вигідно відрізняється від прототипу, тим що дозволяє зменшити (особливо в далекій зоні) велике рознесення між інтерференційними смугами і відповідно збільшити загальну розрізнювальну здатність інтерферометра у далекій зоні по похилій дальності.