Передающее устройство

Как уже указывалось ранее, для измерения глубины под килем судна, как правило, используется импульсный зондирующий сигнал. Это обусловлено, прежде всего, тем, что импульсное излучение, позволяет достаточно просто избавиться от помехи, обусловленной сигналом объемной реверберации. Этот помеха возникает в результате отражения сигнала посылки от всяких неоднородностей, встречающихся на его пути. Этими неоднородностями могут быть пузырьки воздуха, распределенные в воде, косяки рыб, мусор, зоны высоких температурных градиентов и тому подобное. Рассматриваемый сигнал возвращается к антенне раньше сигнала, отраженного от дна, и практически затухает к моменту приема основного (полезного) сигнала. По понятным причинам в случае непрерывного излучения сигнал объемной реверберации существовал бы постоянно.

Наряду с указанным, использование импульсного излучения позволяет применять как для излучения, так и для приема сигналов одну антенну, получить несколько более простые структуры преобразования принятого зондирующего излучения, что, в свою очередь, позволяет упростить и удешевить само изделие. Учитывая это, рассмотрим лишь те вопросы, которые связаны с формированием импульсного сигнала посылки.

Параметры посылки должны удовлетворять определенным требованиям, так как от них в значительной мере зависит качество работы эхолота. Прежде всего, должна быть задана несущая частота посылки. От нее в значительной степени зависят затухание сигнала, параметры, характеризующие его отражение от границ раздела сред и различных объектов, а также траектория движения фронта волны. Снижение несущей частоты, как правило, требует увеличения размеров антенных устройств, но способствует увеличению дальности зондирования. Как правило, несущие частоты лежат в ультразвуковом диапазоне, причем их верхние значения обычно не превышают 300 кГц.

Длительность импульса Т_и (рис. 1.1) также имеет большое значение, так как она совместно с его амплитудой определяет энергию, заключенную в нем, и, следовательно, влияет на предельную глубину, которая может быть измерена. Кроме того, от длительности импульса зависит разрешающая способность эхолота, т.е. та минимальная разность глубин, которая может быть измерена системой. Действительно, в связи с тем, что импульс является носителем единичной информации о текущей глубине, все ее изменения в рамках пространственной протяженности импульса системой зарегистрированы не будут. Учитывая, что импульс проходит удвоенное расстояние - до отражателя и обратно, разрешающая способность системы будет равна половине пространственной длины импульса:

(1.2)

На практике длительность импульсов чаще всего лежит в диапазоне от 10^-5 с до 10^-3 с, 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. Иными словами, период Т (рис. 1.1) следования импульсов должен удовлетворять неравенству: где - максимальная дальность зондирования в рассматриваемом рабочем диапазоне, - средняя скорость звука в воде, обычно принимаемая равной 1500 м/c. Такой подход создает условия для использования одной антенны в качестве приемной и передающей. В отдельных случаях частота следования импульсов может выбираться из других соображений.

Формируются указанные импульсы по типовой схеме, показанной на рис. 1.3. Генератор Г (его часто называют задающим генератором) вырабатывает гармоническое напряжение, соответствующее требуемому значению несущей частоты, которое поступает на модулятор М (возможно получение несущей частоты путем деления частоты генератора, если она кратна несущей). 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 поступают в антенну. Последняя 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.