CC BY
62
5. . . ,
процесс // Динамические процессы в геофизической среде. - М.: Наука, 1994. -С. 1б7—1S5.
6. . . // . . .
1999. №1. С. 79-91.
7. . ., . . -
ний // Докл. РАН. 199б. Т. 349. №б. С. S1S-S21.
Наумов Сергей Борисович
,
государственного технического университета E-mail: [email protected]
б90912, Россия, г. Владивосток, Лермонтова, б4, А, кв. 47, тел.: S(4232)3S0373
Смирнов Владимир Фадеевич
E-mail: [email protected]
Губко Людмила Владимировна
E-mail: [email protected]
Волков Павел Анатольевич
E-mail: [email protected]
Naumov Sergei Borisovich
Far Eastern National Technical University, Institute of Radio electronics, Information Science and Electrical Engineering, Department of Hydroacoustics E-mail: [email protected]
Flat 47, б4А, Lermontova Str., Vladivostok, б90912, Russia, Ph.: +7 (4232) 4509S2 Smirnov Vladimir Fadeevich E-mail: [email protected]
Gubko Lyudmila Vladimirovna
E-mail: [email protected] Volkov Pavel Anatolyevich
E-mail: [email protected]
УДК 621.372.54
А. В. Скнаря, С. С. Мосолов
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПРИЁМНЫЙ ТРАКТ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО
ПРОФИЛОГРАФА ДНА
Описан способ реализации тракта приёма широкополосных сигналов параметрического профилографа с использованием программируемых аналоговых интегральных схем (ПЛИС). Показаны преимущества такой реализации и отмечены проблемы применения ПЛИС,
Параметрический профилограф; адаптивный приёмный тракт; сложный широкополосный сигнал; программируемые аналоговые интегральные схемы; дис.
A.V. Sknarya, S. S. Mosolov WIDE-BAND RECEPTION PATH OF PARAMETRIC PROFILER
The way of realization of a path of reception wide-band signals of a parametric profilographs with use Field Programmable Analog Array (FPAA) s is described. Advantages of such realization are shown and problems of application of FPAA are noted.
Parametric profilograph; adaptive receiving a path; compound wide-band signals; Field Programmable Analog Array; discrete filter.
Активное вовлечение в экономическую деятельность человека внутренних водоемов и шельфов прибрежных морей потребовало усиления контроля за экологическим состоянием водоемов. Это вызывает необходимость разработки соответствующих гидроакустических систем (ГАС), технические характеристики таких ГАС должны соответствовать решаемым задачам. Традиционно для решения задач экологического мониторинга водных ресурсов используются гидролокаторы бокового обзора и профилографы, в том числе и параметрические профилографы. Последние позволяют с высоким разрешением проводить исследование структуры .
На сегодняшний день актуальнейшим направлением развития в активных гидролокаторах является использование в них сложных широкополосных зонди. , -рокополосных зондирующих сигналов (это показывает многолетний опыт разви-) , действия и помехоустойчивость. Однако использование широкополосных сигналов в активных гидролокаторах в настоящее время ограничивается рядом причин, среди которых следует отметить такие, как формирование и обработка широкопо-, .
Последнее ограничение может быть преодолено в параметрических профилографах (ППФ). Благодаря нерезонансному способу генерации низкочастотного сигнала параметрическая антенна ППФ позволяет получать разностные сигналы на приеме с полосой, равной октаве и более.
Примером отечественного ППФ может служить разработанный совместными усилиями специалистов ОАО «НИИП» и НПФ «Нелакс» параметрический профилограф «Неман», в котором используется как тональный, так и линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) зондирующие сигналы, а также заложена возможность использовать сигналы произвольной формы.
Ещё одной причиной, ограничивающей применение широкополосных сигна-
,
части спектра широкополосного сигнала, что приводит, в частности, к существенному снижению разрешающей способности по дальности. Выход из этого положе-
ния может быть найден в применении хаотического широкополосного сигнала [1].
, -
странения акустического сигнала [2]. Всё это приводит к тому, что спектр эхо-
- -
зование в этом случае в гидролокаторе приемного тракта, согласованного с параметрами зондирующего сигнала, приводит к потере в отношении сигнал/шум [3]. Чтобы избежать этого, необходимо использовать адаптивный оптимальный .
Первым шагом к реализации такого фильтра является построение приемного , , -характеристика (АЧХ), могли бы достаточно быстро меняться. Решение данной задачи может быть найдено за счет использования в приемном тракте программи-
14S
руемых аналоговых интегральных схем, которые позволяют построить программно перестраиваемый (реконфигурируемый) избирательный приемный тракт.
Программируемые аналоговые интегральные схемы (ПАИС) - это новый класс полупроводниковых устройств. Применяемая в них технология позволяет разработчикам реализовать сложные функции обработки аналоговых сигналов в одной полупроводниковой микросхеме, тем самым существенно уменьшить использование дискретных компонент в устройствах обработки сигнала [3]. Все это приводит не только к существенному уменьшению габаритов приемного тракта, но и дает возможность изменять параметры схемы в системе (включая динамиче-),
изменению параметров эхо-сигнала.
По схемотехническим решениям, которые используются в ПАИС, наиболее перспективными являются ПАИС с использованием переключаемых конденсаторов [4]. Применение цепей на переключаемых конденсаторах в интегральных микросхемах фильтров вместо обычных ЯС-цепей дает ряд существенных преиму-,
частоты цепей на переключаемых конденсаторах изменением только тактовой час,
,
точностью и стабильностью. Все это позволяет избавиться от внешних времяза-дающих элементов и легко менять частотные свойства цепи.
К недостаткам цепей на переключаемых конденсаторах следует отнести наложение спектров и сквозное прохождение сигнала тактовой частоты. Первый недостаток приводит к необходимости ограничения ширины спектра входного сигнала на входе программируемой аналоговой микросхемы, который в противном
- . устранения второго недостатка необходимо на выходе ПАИС использовать вос-
,
, .
Структурная схема реализации фильтра на ПАИС, как и любой системы с
- ( ), аналоговым входным и выходным сигналами, показанная на рис.1, иллюстрирует все основные понятия и процессы, связанные с аналоговой системой с ДФ. На .1 , , -терных точек схемы приведены эпюры сигналов.
Перед дискретизацией входной сигнал необходимо пропустить через пресе, -
( ). -бежной литературе называют фильтром антипсевдонима или антиалайзинговым.
На выходе ДФ необходим также еще один фильтр. Этот выходной фильтр является восстанавливающим фильтром. Основная его задача - удалить все частотные составляющие выше половины частоты выборок, также он может осуществлять подъём частотной характеристики, компенсирующий влияние устройства
- ( ).
В ряде случаев в качестве аналогового преселектора и аналогового восстанавливающего фильтра лучше использовать полосовой фильтр, который помимо предотвращения эффекта наложения спектров позволяет устранить НЧ-искшсения ( ) ,
(например, 50 или 400 Гц).
Дискретные выборки из аналогового сигнала с ограниченной полосой берутся с периодом 1/ /с1 . Они поступают на вход ДФ. Сигнал с выхода ДФ поступает на
УВХ, изменяющее своё состояние с периодом 1 /сЫ , и на аналоговый восстанавливающий ФНЧ, предназначенный для сглаживания кусочно-постоянного сигнала. ДФ управляется несколькими последовательностями тактовых импульсов с частотами повторения /С1,..../см-1. Обычно тактовые частоты отличаются друг от друга в
2 раза, т.е. /с1 = /эт /21, что достигается путём последовательного деления эталонной частоты /т на два [5]. Во многих случаях УВХ, показанные на рис.1, являются неотъемлемой частью ДФ. Поэтому в таких случаях ДФ состоит из двух блоков, обведённых на рис.1 штриховой линией. Типичные частотные характеристики блоков Н1, Н2, Н3, также приведённые на рис.1, получены при /с1 =...=/сМ-1 = /сМ=/с.
Стоит задача определения параметров функциональных блоков системы с ПАИС (передаточные функции преселектора Н , дискретного фильтра Н2, восстанавливающего фильтра Н3 , частоты дис кретизации /с), при которых будут обеспечены заданные частотные преобразования аналогового сигнала (амплитудные и ).
, , .
- Для решения этой задач и необходимо определить, какой из критериев (па-
)
( ) . 2 подхода, определяющих такие критерии:
-
идеального фильтра;
- -кания и на частотах, соответствующих (адайзинговых) высокочастотным составляющим спектра сигнала на выходе приёмного тракта.
К., Ь^,Уік_ Ції, ІУХ, і/}.
Рис.1. Дискретная система с непрерывным аналоговыми входным и восстановленным аналоговым выходным сигналами
На основании предложенного подхода определения параметров ФНЧ по соотношению амплитуд разработана методика определения параметров функциональных блоков системы с ДФ. С использованием этой методики был спроектирован новый приёмный тракт, реализованный на ПАИС, параметрического профилографа «Неман».
В 2008 году были проведены первые испытания разработанного профилографа. Испытания профилографа с приёмным трактом, реализованным на ПАИС,
проводились на полигоне реки Москва. Их целью являлось определение рабочих параметров ПИФ и сравнения их с аналогичными параметрами приёмного тракта при реализации на активных ЛС-фильтрах, а также сравнительный анализ взаимо-корреляционных функций (ВКФ) сигнала на выходе приёмного тракта и зондирующего сигнала и видов акустического изображения дна при реализации с помощью ПАИС различных типов фильтров.
В качестве примера на рис.2 и 3 приведены задания амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик фильтров 8-го порядка Баттерворта и Чебышева, с помощью штатного программного обеспечения ПАИС, входящего в состав штатного программного обеспечения гидролокатора «Неман». После задания параметров фильтра и расчета параметров отдельных звеньев полученные параметры были введены в ОЗУ ПАИС приемного тракта профилографа.
Результаты экспериментов с приемным трактом профилографа, реализован-( ), -венно на рис.4 и 5. Для сравнения на рис.6 приводится результат эксперимента с приемным трактом профилографа, реализованного на активных ЯС-фильтрах ( ).
, , -рой характеризовалось наличием газонасыщенных осадков. Поэтому для проведения корректных сравнений после доработки тракта приёма в этом году планирует-
« ».
В настоящее время в ОАО «НИИП» на основе полученных данных ведутся исследования влияния фазовых и частотных искажений, вносимых приемным , , . методика расчёта принципиальных схем трактов приёма и обработки эхо-сигналов в гидролокаторах различного назначения и параметров активных фильтров на пе-
.
Рис.2. АЧХи ФЧХфильтраБат- Рис.3. АЧХи ФЧХфильтра Че-
терворта (ретизация на ПАИС) бышева (3 дБ) (ретизация на ПАИС)
. ..Ь'ЙММ!! -
Рис.4. Акустическое изображение, полученное с приемным трактом ППФ, реализованного на ПАИС (фильтр Баттерворта, режим - ЛЧМ 2 мс/ 80 м)
........А.......... ■
——— —-—
=:
Рис. 5. Акустическое изображение, полученное с приемным трактом ППФ, реализованного на ПАИС (фильтр Чебышева 3 дБ, режим - ЛЧМ 2 мс / 80 м)
Рис. 6. Акустическое изображение, полученное с приемным трактом ППФ, реализованного на активных ЯС-звеньях (фгтьтр Баттерворта, режим -
ЛЧМ 2 мс / 80 м)
Предложенная реализация приёмного тракта на ПАИС может быть также использована в исследованиях, связанных с сравнительной оценкой различных типов зондирующих гидролокационных сигналов и выбор оптимальных типов сигналов, которые также ведутся специалистами ОАО «НИИП».
Заключение
,
« »,
тракта, обеспечивающего согласование с характеристиками среды. Такая реализация позволяет решить задачу адаптации приёмного тракта ППФ к параметрам эхо,
, .
Представленная структурная схема реализации фильтра на ПАИС позволяет устранить основные недостатки схемотехники на основе цепей на переключаемых .
Однако в настоящее время отсутствует общий подход к реализации систем обработки аналоговых сигналов с использованием фильтров на переключаемых конденсаторах (программируемых аналоговых интегральных схем) и не существует законченной регулярной методики расчёта их параметров и синтеза их струк-
тур. Поэтому создание методик анализа, определения характеристик, расчёта параметров структурных схем систем с ДФ является актуальной задачей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Залогин НМ., Скнаря А.В. // Материалы XIII Всесоюзной конференции «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж, 2007.
2. Гостев B.C. и др. Дисперсия сигнала параметрической антенны в мелком море // Нелинейные акустические системы: Сб. науч. статей. - Ростов-на-Дону, -2008. С.27-37.
3. Мусатова ММ., Черняховская ГМ. // Материалы Международной научнотехнической конференции «Информационный подход в естественных, гуманитарных и технических науках». 4.4. Информационный анализ радиотехнических систем и устройств». Таганрог, 2004. - С.43.
4. Полищук А. / Программируемые аналоговые ИС Anadigm: весь спектр аналого-
. // -
троника. 2004. №12. - С.8.
5. Гауси М., Лакер К. Активные фильтры с переключаемыми конденсаторами:
Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986.
Скнаря Анатолий Васильевич
Научно-исследовательский институт приборостоения им. В.В. Тихомирова
E-mail: [email protected]
140180, Россия, Жуковский, Московской обл., Гагарина, 3, тел.: 8(495) 556-99-68
Мосолов Сергей Сергеевич
E-mail: [email protected]
Sknarya Anatoly Vasilievich
Scientific Institute of Priborostroeniya
E-mail: [email protected]
3, Gagarina str., Zhukovsky, Moscow region, 140180, Russia, Ph.: (495) 556-99-68 Mosolov Sergeiy Sergeevich
E-mail: [email protected]
УДК 551.463.22.083
Г. H. Серавин, И. И. Микушин ЛАБОРАТОРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ЗВУКА В ЖИДКОСТИ
Для лабораторных исследований создан малогабаритный измеритель скорости звука в жидкости, состоящий из импульсно-цинического датчика и блока питания. Вывод измерительной информации осуществляется на частотомер. Проведенные испытания показали стабильность измерения скорости звука не хуже ± 0,1м/с при температуре воды от +2 до +380С.
Скорость звука; измерительный преобразователь; акустический гшпульс; акустическая база; электронный блок.
G.N. Seravin, I.I. Mikyshin LABORATORY INSTRUMENT OF SOUND VELOCITY IN FLUID
