3.4 Гидроакустические корреляционные лаги

Принцип работы этих лагов основан на измерении запаздывания по времени между звуковыми сигналами, отраженными от грунта и принятыми на разнесенные вдоль диаметральной плоскости антеннами. В виду того, что отраженный сигнал имеет случайный характер, то измерение временной задержки заключается в определении максимума взаимокорреляционной функции двух случайных функций.

Взаимокорреляционную функцию можно представить в следующем виде:

где: – взаимная корреляционная функция, – корреляционная задержка, – время интегрирования,

Рассмотрим принцип работы корреляционного измерителя скорости. Для этого обратимся к рисунку.

B – акустический излучатель, A,C – акустические приемники. AC=2AB=2L – база приемников.

Положение судна (1). Допустим, что в момент времени t=0 излучатель посылает сигнал в направлении дна (точка 0). Отразившись от дна, сигнал поступает в приемник A, где воспроизводится рельеф дна в виде непрерывного профиля. Этот профиль можно рассматривать как случайную функцию (A). Эхосигнал также поступит и на приемник С. Но так как он пройдет другое расстояние, чем до приемника А, его вид будет совсем отличаться от сигнала . В этом случае заметной корреляции (совпадения) не будет.

Положение судна (2). Судно переместилось на расстояние AB=L. Излученный сигнал, отразившись от грунта опять попадет в приемники А и С. Так как сигнал, поступающий в приемник С, в данном случае, пройдет такой же путь как и сигнал, принятый приемником А в первом случае, то случайные функции этих сигналов, будут по виду близки между собой. Все сказанное справедливо для любой точки морского дна, находящейся в зоне диаграммы направленности излучателя. Далее эти сигналы обрабатываются, и определяется время запаздывания ( ). При отсутствии сноса судна коэффициент корреляции определяется в следующем виде:

где: – ширина диаграммы направленности, – частота излучения, – время задержки, вводимое в канал первого сигнала. Из выражения видно, что максимальное значение коэффициента корреляции [ ] , будет при =0

Тогда имеем: – уравнение однокомпонентного корреляционного лага. Из полученного выражения видно, что скорость, измеряемая корреляционным лагом, не зависит от скорости (с) распространения звука в воде. Это основное преимущество корреляционных лагов перед доплеровскими.

Процесс измерения может быть ручной при соответствующей обработке эхограмм или автоматическим – с помощью специального устройства коррелятора. Существующие корреляторы позволяют с достаточно высокой точностью измерять .

Число приемников лага зависит от задач, решаемых лагом. В случае измерения только продольной составляющей движения (скорости) достаточно иметь два приёмника, расположенных вдоль ДП. Для измерения полного вектора скорости и угла сноса судна необходимо иметь как минимум три приёмника. На точность показания лага в основном влияет дифферент судна, качка. Данный лаг относится к классу повышенной точности.

Билет № 6