О бщая характеристика навигационных эхолотов

1. Принцип действия эхолота

Основной задачей навигационного эхолота является определение расстояния от излучающей поверхности его антенны до дна. Решение этой задачи осуществляется путем измерения времени прохождения гидроакустической посылкой, формируемой эхолотом, расстояния до дна и обратно.

Гидроакустические посылки формируются с помощью антенн. В общем случае эхолот в минимальной комплектации может иметь или одну приемно-передающую антенну или две антенны, одна из которых излучает посылку, а другая – осуществляет прием отраженного от дна сигнала. Большинство современных навигационных эхолотов имеют одну антенну. Однако для большей общности при рассмотрении принципа действия эхолота будем считать, что эхолот имеет одну передающую антенну А1 (рис. 1.1) и одну приемную А2.

И мпульс, выработанный антенной А1, достигнет дна в точке О и отразившись вернется обратно, спустя некоторое время где r – расстояние от антенны до точки О, а с – скорость распространения звуковой волны. Учитывая, что расстояние между антеннами эхолота, как правило, значительно меньше текущей глубины h под килем судна, можно считать, что , и указанную глубину вычислять, используя следующее равенство:

(1.1)

И

Рис.1.1

сходя из сказанного, типовой состав эхолота должен включать в себя (рис.1.1):

• антенные устройства;

• устройство, формирующее сигнал посылки (передающее устройство) ПРД;

• приемное устройство ПРМ, осуществляющее усиление входного сигнала антенны А₂ и преобразование его к виду, удобному для дальнейшего использования;

• командное устройство КУ, управляющее работой эхолота;

• устройства И отображения и регистрации информации.

В том случае, если эхолот имеет одну приемно-передающую антенну, он должен включать в себя устройство для переключения антенны с режима передачи сформированного импульса на прием сигнала, отраженного от дна, и далее на передачу новых импульсов и прием их отражений.

Рассмотрим особенности устройства и работы каждого из перечисленных блоков.

2. Передающее устройство

Параметры посылки должны удовлетворять определенным требованиям, так как от них в значительной мере зависит качество работы эхолота. Прежде всего, должна быть задана несущая (опорная )частота посылки. Несущие частоты лежат в ультразвуковом диапазоне, причем их верхние значения обычно не превышают 300 кГц.

Длительность импульса Т_и также является важным параметром, так как она совместно с его амплитудой определяет энергию, заключенную в нем, и, следовательно, влияет на предельную глубину, которая может быть измерена эхолотом. Кроме того, от длительности импульса зависит разрешающая способность эхолота, т.е. та минимальная разность глубин, которая может быть измерена системой.

На практике длительность импульсов чаще всего лежит в диапазоне от 10^-5с до 10^-3с, что соответствует разности глубин от 10 см до 1,5 м.

Частота следования импульсов обычно выбирается из тех соображений, чтобы в любом рабочем диапазоне последующий импульс излучался только после того, как будет принят отраженный.

Ф

Рис.1.2

ормируются указанные импульсы по типовой схеме, показанной на рис. 1.2. Генератор Г (его часто называют задающим генератором) вырабатывает гармоническое напряжение, соответствующее требуемому значению несущей частоты. При необходимости формирования импульсов, имеющих различные несущие частоты, кратные частоте генератора Г, как правило, используется деление несущей частоты названного генератора.

Напряжение генератора (или делителя частоты) поступает на модулятор М. Сюда же поступает импульсное напряжение, вырабатываемое генератором импульсов ГИ. Длительность этих импульсов и частота их следования соответствуют указанным параметрам формируемого излучения. На выходе модулятора образуются импульсы прямоугольной формы, заполненные несущей частотой. Указанные импульсы усиливаются по напряжению в усилителе напряжения УН и по мощности – в усилителе мощности УМ, после чего через согласующие цепи (на рис. 1.2 не показаны) поступают в антенну. Антенна обеспечивает максимально эффективное преобразование энергии электрического импульса в энергию звукового. Иногда в указанную схему включаются дополнительные цепи, позволяющие повысить качественные показатели посылки или осуществить необходимые задержки излучения.

В качестве задающих генераторов в эхолотах, как правило, используют обычные высокочастотные автогенераторы синусоидальных колебаний с трансформаторной, автотрансформаторной или емкостной обратной связью.

Модуляторы могут применяться как амплитудные, воздействующие непосредственно на колебания, вырабатываемые генератором сигнала, так и ключевые, обеспечивающие прохождение напряжения задающего генератора только в те промежутки времени, когда они открыты импульсом, поступившим с ГИ.

Усиление сигналов по напряжению и мощности осуществляется по классическим схемам. Конкретные схемы усилителей определяются той элементной базой, на которой они построены.

В современных эхолотах с целью оптимизации параметров излучения предусматривается возможность изменения в определенных пределах несущей частоты, мощности излучаемого сигнала, а также длительности импульсов и частоты их следования.