Область наук:
  • фізика
  • Рік видавництва: 2006
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки
    Наукова стаття на тему 'Коригування виміряних значень різниці фаз в системі зі надкоротких акустичної базою'

    Текст наукової роботи на тему «Коригування виміряних значень різниці фаз в системі зі надкоротких акустичної базою»

    ?6. Гаврилов О.М. Нелінійна дисперсія трехчастотние хвильового пакета в бездісперсі-

    ційної квадратично-нелінійного середовищі. Теорія. Електронний журнал «Технічна акустика», <http://www.ta.org.ru> 2005, 28.

    А.А. Борисов, С.А. Борисов

    КОРЕКТУВАННЯ виміру Значення РІЗНИЦІ ФАЗ В СИСТЕМІ СО надкоротких АКУСТИЧНОЇ БАЗОЮ

    Останнім часом при проведенні підводних досліджень великого поширення набули системи підводного навігації зі надкоротких (ультракороткою) базовою лінією (СКБ-системи). Ці системи складаються з прийомної антени, розташованої на корпусі судна і випромінює антени, що знаходиться на підводному апараті (ПА) або маяку. Судова антена складається з трьох елементів, відстань між якими лежить в інтервалі від десяти до декількох десятків сантиметрів [1], [2].

    Принцип дії СКБ-систем заснований на вимірюванні різниці фаз приходить сигналу між різними елементами судновий антени, яка викликана різницею часів проходження сигналу між передавальною антеною на ПА або маяку і елементами судновий антени. При розрахунках координат ПА принципово важливо, щоб вимірювана різниця фаз відповідала б просторовому положенню всіх елементів суднової антени в один і той же фіксований момент часу. Значення різниць фаз, які були б виміряні при нерухомій під час прийому судновий антени, назвемо «істинними» значеннями. Рух судна під час послідовного процесу прийому сигналу різними елементами судновий антени призводить до того, що виміряна за допомогою фазометра різниця фаз між елементами може відрізнятися від «істинної». Це відбувається через доплерівського зсуву частот.

    У даній роботі аналізуються умови необхідності коригування різниць фаз, а також даються наближені розрахункові формули для проведення даної коригування без проведення додаткових вимірювань. У багатьох практичних випадках це дозволяє істотно збільшити точність розрахунку координат.

    Розглянемо СКБ-систему, що складається з трьох елементів, що утворюють дві взаємно перпендикулярні бази. Дані бази розташовані в площині, паралельній площині палуби. Ось х бази елементів 12 направлена ​​уздовж осьової лінії судна, а вісь у бази елементів 13 - по траверзі вправо [2]. Початок координат системи, пов'язаної з приймальною антеною, знаходиться в місці розташування першого елемента.

    Позначимо: Д / 12, Л / 13 - виміряні значення різниць фаз між елементами; dA / 12, dA / 13 - їх похибки, пов'язані з рухом судна під час прийому; a, b - довжини баз 12 і 23 відповідно, а а верб - кути між приходять сигналом і базами. Назвемо початковими координати xo, y0, z0 ПА, що не відкориговані з урахуванням крену, диференту і курсу судна.

    Тоді, при відомій глибині ПА H для відносних похибок горизонтальних координат x0, y0 можемо записати вирази:

    ?Х0 cos2 а ч dA / 12 cos2 в dAf12

    -; Г = (1 + ------- 5 ------- + ----------------- 5 --- ^ "5 --- --Г712, (1)

    х0 1 - cos а- cos в Д / 12 1 - cos а- cos в Д / 12

    розділ III

    Ультразвукові та акустичні прилади в медико-біологічної практиці

    Sy0 = (1 + cos2 в) dAf13 + cos2 а dAf13

    y0 1 - cos2 а- cos2 в Л / 13 1 - cos2 а- cos2 в Д / 13

    dДf12 dДf13

    Відносини --------- г = - і ---: - можуть бути оцінені за формулою

    (2)

    Af12

    Afu

    dAf12 ^ dAf 13 С_п

    Af12 А / 1

    13

    1 -

    Спр

    (3)

    У вираженні (3) vr проекція швидкості елементів на вісь r, яка спрямована перпендикулярно хвильовому фронту (хвиля вважається плоскою) в місці розташування приймача у напрямку до нього. В даному наближенні проекцію швидкості всіх елементів будемо вважати однаковою.

    Прийнявши при оцінці відносної похибки первинних горизонтальних координат Vr _5м / с, cosa _ 0,6, cosв_ 0,7, отримаємо наступні значення

    8x01 x0 _8у0 / y0 _ 0.023.

    При збільшенні проекцій швидкостей і значення суми cos2 a + cos 2 в відносна похибка горизонтальних координат буде зростати. З урахуванням того, що при розрахунках не враховувалися похибки вимірювальних приладів, а також похибки, що виходять при коригуванні початкових координат з урахуванням курсу, крену і диференту судна, можна прийти до висновку про необхідність коригування для даних випадків.

    Тепер розглянемо другий тип СКБ-систем, коли відома не глибина ПА, а похила дальність d між ним і судном.

    В цьому випадку відносні похибки первинних координат визначаються за формулами:

    8x0 dAf12 x0

    8у0

    у0

    Af12 dAf 13 Af13

    (4)

    8z0

    z0

    dz0 dx0 - • - • d f + ^

    dz0 dy0

    dx0 df

    dy ° dAf13

    d Af13

    x02

    -y02

    d Af13

    (5)

    (6)

    20 202

    З аналізу даних виразів видно, що модуль відносної похибки первинних горизонтальних координат для СКБ-систем другого типу в більшості випадків істотно менше, ніж для СКБ-систем першого типу. Як випливає з наведених формул, його значення перевищує один відсоток тільки при значеннях уг > 15м / с. При наступної коригуванні горизонтальних координат з урахуванням курсу, крену і диференту судна дане значення може збільшитися приблизно в 1,5 рази.

    Модуль відносної похибки початкової координати 20 багато в чому залежить від ставлення Я2 / Н2, де Я - горизонтальна відстань між ПА і судном. У тих випадках, коли горизонтальна відстань в кілька разів перевищує глибину, дана відносна похибка може приймати неприпустимо великі значення. Наприклад, при значеннях х0 = у0 = 800м, 20 = 200м ,

    V

    r

    vr = 5м / с, значення \ Sz0l z0 перевищує 5% і може збільшитися при наступної коригуванні з урахуванням крену і диференту судна.

    Таким чином, можна прийти до висновку, що для СКБ-систем першого типу коригування виміряних значень різниці фаз проводиться для уточнення горизонтальних координат ПА, а для систем другого типу - в основному для коригування глибини. Необхідність коригування визначається вимогами до точності роботи системи підводного навігації при оцінці виникають похибки за формулами, наведеними вище.

    При зроблених вище припущеннях зв'язок між вимірюваними та «істинними» значеннями різниць фаз дається наступними формулами:

    A f = Af12_______Af12

    'Унисто - v V ,

    1 + ---- r 1 + -r-

    Спр - Vr Спр

    Af = Afi3 ~ Afi3 (8)

    Af 13іст = v ~ v | (8)

    1 + - ^ 1 + |Vr-

    З -v З

    пр r пр

    Перехід від точних формул до наближених не вносить істотної помилки, оскільки виконується умова vr << Спр .

    Величина vr може бути оцінена за допомогою швидкості судна, яка спрямована уздовж бази 12. При невеликих значеннях крену і диференту судна можна використовувати формулу

    ± Спр | Af12

    vr «± v--------->

    2n-f 0-a

    в якій f 0 - несуча частота сигналу, v - швидкість судна. Знак плюс ставиться, якщо сигнал приходить на елемент 1 раніше, ніж на елемент 2, знак мінус - в іншому випадку.

    Незважаючи на те, що наведені вище формули коригування є наближеними, в більшості випадків, вони дозволяють знизити похибку вимірювань різниць фаз до допустимого рівня. Точне рішення задачі коригування необхідно в досить малій кількості випадків і можливо тільки при проведенні додаткових вимірів.

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Мілн П.Х. Гідроакустичні системи позіціонірованія.- Л .: Суднобудування, 1989. -

    232с.

    2. Бородін В.І., Смирнов Г.Є., Толстякова Н.А. Яковлєв Г.В. Гідроакустичні навігаційні средства.- Л .: Суднобудування, 1983. - 264с.

    І.А. Кириченко, Р.П. Бондаренко

    Біотехнічної системи ДЛЯ аудіометр з НЕЛІНІЙНИМ перетворення мовного СИГНАЛА

    Проблема дослідження сприйняття мовних сигналів найбільш актуальна в сучасній аудіології [1]. Це пояснюється перш за все тим, що всі способи діагностики і реабілітації приглухуватості спрямовані в кінцевому підсумку на досягнення поліпшення розбірливості мови у хворих. Призначення приладів для дослі-


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити