Акустический профилограф

Устройство относится к приборам дистанционного зондирования окружающей среды и может быть использовано для исследования шельфа мирового океана, в частности, изучения и картирования слоев придонных отложений. Устройство может работать в составе гидроакустических комплексов, предназначенных для геофизических исследований мирового океана. Устройство содержит приемо-излучающую антенну, переключатель прием/передача, генераторное устройство, блок частотно-временной обработки, блок разделения по времени эхо-сигналов, блок амплитудного анализа, блок определения характеристик дна, блок принятия решений, блок эталонов, блок спектрального анализа, блок анализа поглощения, блок подготовки данных фрагмента дна, блок выделения фазы, блок вычисления разности фаз, блок вычисления скорости звука, блок разделения по времени и частоте эхо-сигнала, блок выделения фазы высокочастотного сигнала, блок вычисления фазы низкочастотного сигнала, блок вычисления дисперсии разности фаз. При использовании предложенного устройства по сравнению с прототипом достигается технический результат, заключающийся в повышении точности классификации морского грунта за счет появления новых признаков классификации грунта, извлекаемых из информации о дисперсии разности фаз между высокочастотной и низкочастотной составляющей эхо-сигнала.

Устройство относится к приборам дистанционного зондирования окружающей среды и может быть использовано для исследования шельфа мирового океана, в частности, изучения и картирования слоев придонных отложений. Устройство может работать в составе гидроакустических комплексов, предназначенных для геофизических исследований мирового океана.

Известны акустические профилографы, предназначенные для получения данных о геоакустических характеристиках морского дна. К геоакустическим характеристикам относят данные о физико-механических характеристиках слоев и границах слоев, т.е. о толщине слоя и его очертаниях. Устройство состоит из антенны, переключателя прием/передача, генераторного устройства, блока разделения по времени, блока амплитудного анализа, блока принятия решения. Устройство не применяет когерентную обработку сигналов, что ухудшает характеристики прибора по точности и не позволяет использовать информацию о фазе сигнала для классификации слоев грунта. [Гидролокационные системы вертикального зондирования // Берник В.Р. и др. Новосибирск: изд. НГУ, 1992].

Известно устройство «Акустический профилограф», содержащее приемо-излучающую антенну, соединенную через переключатель прием/передача с первым выходом генераторного устройства и первым входом блока частотно-временной обработки, причем второй выход генераторного устройства соединен со вторым входом блока частотно-временной обработки, а его первый выход соединен с блоком разделения по времени эхо-сигналов, при этом первый выход блока разделения по времени эхо-сигналов соединен с блоком амплитудного анализа, его первый выход соединен с входом блока определения характеристик дна, а второй выход с первым входом блока принятия решений, выход блока определения характеристик дна соединен с вторым входом блока принятия решений, а второй выход блока разделения по времени эхо-сигналов соединен с третьим входом блока принятия решений, четвертый вход блока принятия решений соединен с блоком эталонов, второй выход блока частотно-временной обработки через последовательно соединенные блоки спектрального анализа и анализа поглощения среды соединен с пятым входом блока принятия решений, а выход блока принятия решений соединен с входом блока подготовки данных фрагмента дна, к выходу которого присоединены внешние устройства, третий выход блока частотно-временной обработки через последовательно соединенные блоки выделения фазы, вычисления разности фаз и вычисления скорости звука соединен с шестым входом блока принятия решений. [Патент на полезную модель 60204, «Акустический профилограф»]. Данное устройство не использует информацию о частотной зависимости скорости акустической волны в зондируемых слоях, для классификации осадочных слоев грунта.

Технической задачей, решаемой в предложенном устройстве, является получение новых признаков классификации слоев морского грунта за счет применения двухчастотной когерентной обработки эхо-сигналов.

Технический результат заключается в повышении точности классификации морского грунта за счет появления новых признаков классификации грунта, извлекаемых из информации о дисперсии разности фаз между высокочастотной и низкочастотной составляющей эхо-сигнала.

Для решения этой задачи в известный акустический профилограф добавляется блок разделения по времени и частоте эхо-сигнала, первый вход которого соединен с вторым выходом переключателя прием/передача, а второй вход с выходом генераторного устройства, первый выход блока разделения по времени и частоте эхо-сигнала соединен с блоком выделения фазы высокочастотного сигнала, а второй выход блока разделения по времени и частоте эхо-сигнала соединен с входом блока выделения фазы низкочастотного сигнала, при этом выходы блоков выделения фазы высокочастотного и низкочастотного сигналов соединены с первым и вторым входами блока вычисления дисперсии разности фаз, выход блока вычисления дисперсии разности фаз соединен с вторым входом блока вычисления скорости звука.

Устройство изображено на фиг. 1 и содержит приемо-излучающую антенну 1, переключатель прием/передача 2, генераторное устройство 3, блок 4 частотно-временной обработки, блок 5 разделения по времени эхо-сигналов, блок 6 амплитудного анализа, блок 7 определения характеристик дна, блок 8 принятия решений, блок 9 эталонов, блок 10 спектрального анализа, блок 11 анализа поглощения среды, блок 12 подготовки данных фрагмента дна, блок 13 выделения фазы, блок 14 вычисления разности фаз, блок 15 вычисления скорости звука, блок 16 разделения по времени и частоте эхо-сигнала, блок 17 выделения фазы высокочастотного сигнала, блок 18 вычисления фазы низкочастотного сигнала, блок 19 вычисления дисперсии разности фаз. Приемо-излучающая антенна 1 является входом устройства, выход приемо-излучающей антенны соединен через переключатель прием/передача 2 с первым выходом генераторного устройства 3 и первым входом блока 4 частотно-временной обработки, причем второй выход генераторного устройства 3 соединен со вторым входом блока 4 частотно-временной обработки, а его первый выход соединен с блоком 5 разделения по времени эхо-сигналов, при этом первый выход блока 5 разделения по времени эхо-сигналов соединен с блоком 6 амплитудного анализа, его первый выход соединен с входом блока 7 определения характеристик дна, а второй выход с первым входом блока 8 принятия решений, выход блока 7 определения характеристик дна соединен с вторым входом блока 8 принятия решений, а второй выход блока 5 разделения по времени эхо-сигналов соединен с третьим входом блока 8 принятия решений, четвертый вход блока 8 принятия решений соединен с блоком 9 эталонов, второй выход блока 4 частотно-временной обработки через последовательно соединенные блоки 10 спектрального анализа и 11 анализа поглощения среды соединен с пятым входом блока 8 принятия решений, а выход блока 8 принятия решений соединен с входом блока 12 подготовки данных фрагмента дна, к выходу которого присоединены внешние устройства, третий выход блока 4 частотно-временной обработки через последовательно соединенные блоки 13 выделения фазы, 14 вычисления разности фаз и 15 вычисления скорости звука соединен с шестым входом блока 8 принятия решений, первый вход блока 16 разделения по времени и частоте эхо-сигнала соединен со вторым выходом переключателя прием/передача 2, а второй вход с выходом генераторного устройства 3, первый выход блока 16 разделения по времени и частоте эхо-сигнала соединен с блоком 17 выделения фазы высокочастотного сигнала, а второй выход блока 16 разделения по времени и частоте эхо-сигнала соединен с входом блока 18 выделения фазы низкочастотного сигнала, при этом выходы блоков выделения фазы высокочастотного и низкочастотного сигналов соединены с первым и вторым входами блока 19 вычисления дисперсии разности фаз, выход блока 19 вычисления дисперсии разности фаз соединен с вторым входом блока 15 вычисления скорости звука.

Устройство работает следующим образом. Приемо-излучающая антенна 1 излучает зондирующий сигнал. Отраженный от морского дна эхо-сигнал, через антенну 1 и переключатель прием/передача 2, управляемый от генераторного устройства 3, поступает на блок 4 частотно-временной обработки эхо-сигнала. Блок 4 частотно временной обработки эхо-сигнала осуществляет согласованную фильтрацию сигнала, используя опорные сигналы от генераторного устройства 3. С первого выхода блока 4 частотно-временной обработки эхо-сигнала, сигнал поступает на блок 5 разделения по времени, где эхо-сигнал синхронизируется с моментом излучения зондирующего сигнала, результат синхронизации поступает на блок 6 амплитудного анализа и блок 8 принятия решения. Блок 6 амплитудного анализа вычисляет амплитуду сигнала для последующего использования в блоке 7 определения характеристик дна и блоке 8 принятия решений. Результаты определения характеристик дна поступают на блок 8 принятия решений. Со второго выхода блока 4 частотно-временной обработки сигнал поступает на блок 10 спектрального анализа, где получают зависимость интенсивности эхо-сигнала от частоты. С выхода блока 10 спектрального анализа информация поступает на блок 11 анализа поглощений среды, где производится анализ поглощения сигнала в зависимости от частоты. Результаты анализа поглощений поступают на блок 8 принятия решений. С третьего выхода блока 4 частотно-временной обработки сигнал поступает на блок 13 выделения фазы, где вычисляется фаза эхо-сигнала. Информация о фазе сигнала поступает на блок 14 вычисления разности фаз, где вычисляется разность фаз между соседними отсчетами сигнала. Данные от вычислителя разности фаз используются в блоке 15 вычисления скорости звука для определения скорости звука в слоях грунта. Информация о распределении скорости звука в грунте поступает на блок 8 принятии решений. Со второго выхода переключателя прием/передача 2 сигнал поступает на блок 16 разделения по времени и частоте, где эхо-сигнал проходит согласованную фильтрацию на низкой и высокой частоте своего спектра и разделяется по частоте и времени, при этом используются опорные сигналы с генераторного устройства 3. С первого выхода блока 16 разделения по времени и частоте эхо-сигнала, сигнал поступает на вход блока 17 выделения фазы высокочастотного сигнала, где вычисляется фаза высокочастотной составляющей эхо-сигнала. Со второго выхода блока 16 разделения по времени и частоте эхо-сигнала, сигнал поступает на вход блока 18 выделения фазы низкочастотного сигнала, где вычисляется фаза низкочастотной составляющей эхо-сигнала. Сигналы с выходов блоков 17 выделения фазы высокочастотного и 18 низкочастотного сигналов поступают на первый и второй вход блока 19 вычисления дисперсии разности фаз, где происходит вычисление приращения разности фаз между высокочастотной и низкочастотной составляющими эхо-сигнала. С выхода блока 19 вычисления дисперсии разности фаз информация поступает на блок 15 вычисления скорости звука, где она используется вместе с информацией от блока 14 вычисления разности фаз для вычисления скорости звука в грунте.

При использовании предложенного устройства по сравнению с прототипом достигается технический результат, заключающийся в повышении точности классификации морского грунта за счет появления новых признаков классификации грунта, извлекаемых из информации о дисперсии разности фаз между высокочастотной и низкочастотной составляющей эхо-сигнала.

Акустический профилограф, содержащий приемо-излучающую антенну, соединенную через переключатель прием/передача с первым выходом генераторного устройства и первым входом блока частотно-временной обработки, причем второй выход генераторного устройства соединен со вторым входом блока частотно-временной обработки, а его первый выход соединен с блоком разделения по времени эхо-сигналов, при этом первый выход блока разделения по времени эхо-сигналов соединен с блоком амплитудного анализа, его первый выход соединен с входом блока определения характеристик дна, а второй выход - с первым входом блока принятия решений, выход блока определения характеристик дна соединен с вторым входом блока принятия решений, а второй выход блока разделения по времени эхо-сигналов соединен с третьим входом блока принятия решений, четвертый вход блока принятия решений соединен с блоком эталонов, второй выход блока частотно-временной обработки через последовательно соединенные блоки спектрального анализа и анализа поглощения среды соединен с пятым входом блока принятия решений, а выход блока принятия решений соединен с входом блока подготовки данных фрагмента дна, к выходу которого присоединены внешние устройства, третий выход блока частотно-временной обработки через последовательно соединенные блоки выделения фазы, вычисления разности фаз и вычисления скорости звука соединен с шестым входом блока принятия решений, отличающийся тем, что в него добавлен блок разделения по времени и частоте эхо-сигнала, первый вход которого соединен со вторым выходом переключателя прием/передача, а второй вход с выходом генераторного устройства, первый выход блока разделения по времени и частоте эхо-сигнала соединен с блоком выделения фазы высокочастотного сигнала, а второй выход блока разделения по времени и частоте эхо-сигнала соединен с входом блока выделения фазы низкочастотного сигнала, при этом выходы блоков выделения фазы высокочастотного и низкочастотного сигналов соединены с первым и вторым входами блока вычисления дисперсии разности фаз, а выход блока вычисления дисперсии разности фаз соединен со вторым входом блока вычисления скорости звука.