Панорамная запись эхо-сигналов

Возможности поиска рыбы электронно-сканирующими рыболокаторами горизонтального действия увеличиваются при использовании в них регистраторов с многочисленными неподвижными перьями, позволяющими достаточно легко реализовать быструю электронную развертку времени. При работе в режиме горизонтального лоцирования в общем случае не обеспечивается панорамное воспроизведение разреза подводной обстановки в процессе движения судна. В связи с этим во время поиска оператор должен сам отмечать обнаруживаемые скопления рыбы, определять возможные их размеры, положение и другие параметры и наносить получаемые данные на планшет. Многоперьевые самописцы позволяют сразу непосредственно на ленте электрочувствительной бумаги фиксировать эхо-сигналы от всех объектов, находящихся в зоне обзора.

Режим регистрации принимаемых эхо-сигналов в этом случае реализуется следующим образом. Пусть электронно-сканирующий рыболокатор имеет определенный сектор одновременного обзора в горизонтальной плоскости (рис. 31, а) и в этом секторе находится пять косяков рыбы 1-5. Оператор устанавливает подвижную дугу дальности АВ на экране ЭЛТ электронного индикатора ближе к краю диапазона действия станции для получения возможно более широкой зоны записи и включает регистратор. Запуск дискретной развертки времени самописца осуществляется через фиксированный интервал времени после импульса посылки, определяемый установкой подвижной дуги дальности. В отличие от обычного режима записи в рыболокаторах в данном случае скорость и длительность развертки определяются не скоростью распространения звука в воде и выбранным диапазоном регистрации, а лишь временем перемещения характеристики направленности аппаратуры от одного края заданного сектора обзора до другого (т. е. длительность одного цикла развертки в данном случае будет меньше или равна длительности зондирующего импульса). Далее синхронно с быстрым перемещением характеристики направленности могут формироваться следующие циклы развертки с интервалами, которые зависят от соотношения между длительностью импульса посылки, временем одного сканирования и включенным диапазоном работы.

Рис. 31. Панорамная регистрация эхо-сигналов от целей на многоперьевом регистраторе

Если длительность зондирующего импульса значительно больше (например, в n раз) времени одного цикла сканирования, что обычно имеет место при поиске, то можно в течение одной посылки иметь несколько циклов развертки самописца и, следовательно, несколько выборок эхо-сигналов даже от точечного объекта. Это улучшает обнаруживаемость объектов. Затем наступает перерыв в развертках самописца до следующего такта зондирования.

Несколько упрощенно можно считать, что в течение одного цикла развертки на ленте будут зарегистрированы отметки эхо-сигналов из зоны в пределах подвижной дуги дальности. Если судно и объекты неподвижны, то при перемещении бумажной ленты регистратор будет фиксировать последовательно выборки эхо-сигналов от всех объектов в зоне обзора, находящихся на одинаковом расстоянии от акустической антенны (см. рис. 31, а, дуга АВ). При движении судна положение зоны регистрации будет постепенно перемещаться в пространстве и на ленте будет последовательно воспроизводиться панорама подводной обстановки (рис. 31, в, косяки 2-5) в пределах просматриваемой зоны (с некоторыми искажениями из-за перехода от угловых координат в реальной обстановке к прямоугольным при записи на ленте). Если выполнить линейку пишущих электродов (многоперьевую гребенку) не прямолинейной, а в виде дуги, то от указанных искажений можно избавиться. Через фиксированный промежуток времени после следующего импульса посылки начинается новый цикл регистрации.

За время между последовательными посылками судно проходит определенное расстояние (в зависимости от выбранного диапазона) и, если временной строб, определяющий положение подвижной дуги дальности, не изменяется, то на ленте за некоторый промежуток времени появится своего рода планшет распределения скоплений и косяков рыбы, полученный автоматически. Это может существенно облегчить работу оператора при поиске рыбы (для сравнения на рис. 31, б приведена эхограмма, полученная при обычной записи отраженных сигналов).

Однако в отличие от обычного режима записи в данном случае на ленте самописца не регистрируется нулевая линия, поэтому по получаемым эхограммам невозможно оценить дистанцию до обнаруживаемых объектов.

Если шкалу регистратора проградуировать в единицах длины, то можно легко определять расстояние между объектами и их размеры в поперечном направлении. Продольные размеры объектов и расстояния между ними будут зависеть от скорости движения судна, перемещения бумаги, как и в случае эхограмм аппаратуры вертикального действия при оценке горизонтального масштаба регистрации.

Подобный режим регистрации, кроме обычного, был предусмотрен, например, в опытных образцах аппаратуры ФСС-11А.

Режим панорамной записи при горизонтальной локации может быть реализован в электронно-сканирующих рыболокаторах и при применении самописцев с движущимся пишущим электродом, если использовать устройства запоминания принимаемой информации [4, 22, 25]. Однако в отличие от режима вертикальной локации в данном случае требуется запоминание принимаемых выборок эхо-сигналов от момента окончания временного строба, определяющего положение подвижной дуги дальности, до момента окончания разворота характеристики направленности к другому краю заданного сектора обзора. Точнее запоминание принимаемых эхо-сигналов должно начинаться с момента начала цикла сканирования, т. е. фактически по окончании строба будет даваться сигнал разрешения, например, на один вход схемы совпадения, управляющей процессом запоминания. Затем после поступления второго сигнала разрешения от схемы управления сканированием будет начинаться запись эхо-сигналов в блок памяти.

Можно осуществлять запоминание сигналов в одном или нескольких последовательных циклах сканирования. Длительность цикла сканирования небольшая по сравнению с длительностью цикла одного зондирования, поэтому процесс запоминания протекает очень быстро и после этого можно в течение значительно большего промежутка времени (исходя из допустимой скорости перемещения пишущего электрода) проводить считывание и регистрацию информации на ленте самописца со значительно меньшей скоростью.

Параметры работы системы должны быть выбраны такими, чтобы считывание данных заканчивалось до начала следующего цикла запоминания. Далее процессы повторяются. В результате на ленте самописца получают панорамное воспроизведение обстановки в просматриваемой зоне, как и в случае использования многоперьевого регистратора [4].

Рассмотрим работу устройства панорамной записи эхо-сигналов в рыболокаторах одновременного секторного обзора на самописцах с движущимся пишущим электродом с помощью упрощенной функциональной схемы (рис. 32) и временных диаграмм (рис. 33). Работа его происходит следующим образом. Блок запуска в индикаторе 1 вырабатывает импульс посылки (см. рис. 33, а), запускающий генератор, который возбуждает акустическую антенну рыболокатора. По окончании излучения импульса посылки в секторе обзора с помощью блока управления в индикаторе 1 осуществляется быстрое перемещение приемной характеристики направленности антенны поперек сектора обзора от одного его края до другого. На рис. 33, в показана последовательность импульсов управления сканированием характеристики. По переднему фронту каждого импульса начинается поворот характеристики всегда от одного края сектора, а в момент окончания каждого импульса характеристика подходит к другому краю сектора. В промежуток времени между двумя соседними импульсами управления осуществляется скачкообразный возврат характеристики в исходное положение (к выбранной исходной границе сектора) и далее происходит следующее перемещение ее к другой границе сектора и т. д.

Рис. 32. Функциональная схема устройства панорамной записи в рыболокаторах одновременного секторного обзора

Рис. 33. Временные диаграммы работы устройства панорамной записи

С блока запуска в индикаторе 1 в момент посылки также поступает сигнал на формирователь задержанного импульса 3 (см. рис. 32), который вырабатывает импульс фиксированной длительности (см. рис. 33, б), задержанный относительно импульса посылки на определенный временной интервал, устанавливаемый оператором. Этот временной интервал пропорционален определенному расстоянию r, например 500, 1000 м и т. д. (рис. 34, а). Указанный импульс поступает на схему совпадения 4 и на селектор в блоке управления индикатора 1 (см. рис. 32). Селектором формируются импульсы разрешения (см. рис. 33, е) после прихода на него задержанного импульса с формирователя 3 (см. рис. 32) и поступления очередного импульса управления последовательности, представленной на рис. 33, в.

Рис. 34. Процесс обнаружения рыбы рыболокатором одновременного секторного обзора (а) и панорамная запись данных на самописце с движущимся пишущим электродом (б)

Таким образом, импульс разрешения вырабатывается по переднему фронту первого импульса управления, поступающего на селектор в индикаторе 1 (см. рис. 32) после формирования задержанного импульса формирователем 3 (см. рис. 33, г, д, е). Длительность импульса разрешения равна длительности импульса управления, что обеспечивает синхронность цикла запоминания эхо-сигналов с циклом сканирования характеристики от одного края сектора до другого. Если время одного цикла сканирования равно длительности импульса посылки, то селектором вырабатывается один импульс разрешения за цикл обзора (см. рис. 33, е). Если за время длительности импульса посылки в аппаратуре осуществляется несколько циклов сканирования, то селектор вырабатывает соответствующее количество импульсов разрешения.

Импульсы разрешения поступают на схему совпадения 4, на которую подаются также выборки эхо-сигналов с приемного тракта 2 станции (см. рис. 32 и 33, ж). Так как схема 4 открывается только при одновременном поступлении задержанного импульса с формирователя 3 (см. рис. 33, б) и импульса разрешения (см. рис. 33, б, е), то на ее выход проходят лишь эхо-сигналы, поступившие в пределах импульса разрешения, в частности, эхо-сигналы 1 и 2 на рис. 33, ж. Указанные эхо-сигналы поступают в блок памяти 5 (см. рис. 32) для запоминания.

В качестве блока памяти может быть использовано устройство на регистрах сдвига [25], при этом аналоговые эхо-сигналы преобразуются аналого-цифровым преобразователем в цифровую форму и запоминаются в триггерных ячейках регистра. По окончании импульса разрешения схема 4 закрывается и принятые эхо-сигналы хранятся в блоке памяти 5.

В момент прохождения пишущим электродом нулевого деления шкалы самописца 8 замыкаются специальные контакты и включается генератор считывания 9, последовательность импульсов которого представлена на рис. 33, з. Одновременно запускается формирователь временного интервала 10, вырабатывающий импульс, показанный на рис. 33, и. Его длительность выбирается равной времени прохождения пера по электрочувствительной бумаге от одного края до другого. Указанным импульсом открывается схема совпадения 11 и электронный ключ 6. Импульсы с генератора 9 через открытую схему 11 подаются на вход считывания блока памяти 5 (см. рис. 32).

Емкость блока памяти 5 выбирается такой, чтобы к моменту подхода приемной характеристики направленности к другому краю сектора обзора эхо-сигнал, принятый с участка у исходного края сектора, находился в последнем каскаде блока памяти. Так как время перемещения характеристики от одного края сектора до другого является постоянным, выбор требуемой емкости блока 5 несложен.

При поступлении импульсов генератора 9 на вход считывания блока 5 начинается считывание запомненной информации. Считываемые эхо-сигналы преобразуются цифроаналоговым преобразователем блока памяти 5 снова в аналоговую форму. Они проходят через открытый ключ 6 и усилитель записи на перо самописца (см. рис. 33, к, 1 и 2). Так как скорость запоминания значительно выше скорости считывания, то длительность эхо-сигналов на рис. 33, к будет отличаться от длительности эхо-сигналов на рис. 33, ж. Частота импульсов генератора считывания выбирается такой, чтобы считывание запомненной информации заканчивалось к моменту окончания импульса формирователя 10 (это также не представляет особой сложности, так как длительность импульса формирователя 10 является фиксированной).

Если скорость перемещения пишущего электрода может дискретно изменяться, то вводится соответствующее переключение длительности импульса формирователя 10 и частоты следования импульсов генератора 9. Схема совпадения 11 открывается только после окончания импульса формирователя 3 через триггер 12, который перебрасывается в исходное состояние по окончании считывания информации сигналом с формирователя 10 (см. рис. 32). Поэтому считывание будет происходить только по окончании запоминания. Далее процессы повторяются.

Таким образом, запоминание происходит с большой скоростью, определяемой скоростью электронного сканирования приемной характеристики направленности антенны, а считывание - со значительно меньшей скоростью, определяемой временем перемещения пишущего электрода. За один период обзора всего сектора на ленте самописца будет зарегистрирована информация только с узкого слоя воды поперек сектора. При движении судна будет проводиться панорамная запись подводной обстановки, как показано на рис. 34, б. На рис. 34 можно видеть, что за одно перемещение пишущего электрода от одного края ленты до другого (см. рис. 34, б) на ленте самописца будут воспроизведены две отметки от косяков рыбы 1 и 2, при следующем перемещении электрода - вновь две отметки и т. д.

Практически при работе с прибором не возникает необходимости в плавном регулировании задержки импульса с формирователя 5, поэтому можно ограничиться ступенчатым дискретным ее изменением, пропорциональным r и h (см. рис. 34). Благодаря этому при установке на самописце нескольких шкал измерения можно оценивать расстояние между обнаруженными скоплениями и их протяженность по эхограмме [4, 22].

Ширина просматриваемой зоны h₃ может быть определена по следующей формуле (см. рис. 34, а):

где r - расстояние, соответствующее t;

t - длительность строба, определяющего положение подвижной дуги дальности.