RU2777299C1 - Method for continuous monitoring of the receiving path of the ship's hydroacoustic complex - Google Patents

Abstract

FIELD: hydroacoustics.

SUBSTANCE: invention relates to the field of hydroacoustics and measuring technology, and can be used to determine the technical condition of the receiving path of the ship’s hydroacoustic complex. Essence: in the method for continuous monitoring of the receiving path of the ship’s hydroacoustic complex, the input of each channel of the noise acoustic signal receiving path is affected, the RMS value of the noise signal parameters at the output of each channel is determined, the obtained parameter values are compared with the maximum permissible value, the formation of an array of channel states and the determination of channels corresponding to the norm in which analog-to-digital conversion and spectral processing of signals at the output of channels corresponding to the norm are carried out, the level of voltage change at the output of each of these channels is analyzed before the analog-to-digital conversion for a time Δt equal to the control period, and if there is no voltage change in any channel after the analog-to-digital conversion, this channel is considered to have failed, and this procedure is repeated throughout the entire operation time of the receiving path of the hydroacoustic complex.

EFFECT: increased reliability and informativeness of continuous monitoring.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и измерительной техники, и может быть использовано для определения технического состояния приемного тракта гидроакустического комплекса корабля без прерывания штатной работы.The invention relates to the field of hydroacoustics and measuring technology, and can be used to determine the technical condition of the receiving path of the hydroacoustic complex of a ship without interrupting normal operation.

Общей проблемой является низкая достоверность контроля многоканального приемного тракта гидроакустического комплекса корабля без прерывания его штатной работы для приемных трактов малой канальности.A common problem is the low reliability of the control of the multichannel receiving path of the ship's hydroacoustic complex without interrupting its regular operation for receiving paths of a small channel.

Существует способ, по которому осуществляет контроль коэффициента передачи состояния приемного тракта аппаратуры косвенным способом - путем измерения выходного сигнала контролируемого канала и сравнения его уровня сигнала на входе в сигнальные процессора ЭВМ с допусками. Допуски жестко закреплены (Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Разработка методики проектирования систем контроля многоканальных приемно-усилительных трактов. // Р.И. Родимова. Л., ЛЭТИ, 1984.).There is a method by which it controls the transmission coefficient of the state of the receiving path of the equipment in an indirect way - by measuring the output signal of the controlled channel and comparing its signal level at the input to the signal processors of the computer with tolerances. Tolerances are rigidly fixed (Dissertation for the degree of candidate of technical sciences. Development of a methodology for designing control systems for multichannel receiving-amplifying paths. // R.I. Rodimova. L., LETI, 1984.).

Недостатком данного способа является низкая достоверность контроля при контроле малоканальной системы, поскольку в случае количества элементарных каналов менее ста нельзя с высокой достоверностью осуществить выборку по совокупности для определения среднего значения напряжения в канале и выработать значения нормы. При жестко закрепленных значениях нормы диагностировать можно только два состояния канала: отсутствие сигнала или наличие максимального сигнала, полнота контроля при этом мала, так как эти состояния описывают только две неисправности: обрыв в цепи передачи сигнала или затекание преобразователяThe disadvantage of this method is the low reliability of control when monitoring a low-channel system, since if the number of elementary channels is less than one hundred, it is impossible to sample with high reliability in order to determine the average voltage value in the channel and develop norm values. With rigidly fixed values of the norm, it is possible to diagnose only two channel states: the absence of a signal or the presence of a maximum signal, while the completeness of control is low, since these states describe only two malfunctions: an open in the signal transmission circuit or leakage of the converter

Известен способ, согласно которому выполняется моделирование определенной ситуации путем подачи, на вход объекта диагностирования стимулирующего сигнала с заданными параметрами - сквозной контроль (СК). При контроле производится обработка процесса для определения значения контролируемого параметра и анализируется результат допускового контроля параметров в соответствии с критерием отказа. (Родимова Р.И., Шинкевич Ю.Г. Автоматизированные системы технического диагностирования гидроакустических комплексов. СПб Гидроакустика. 2015. Вып. 23(3)).There is a method according to which a certain situation is simulated by applying, to the input of the diagnosing object, a stimulating signal with specified parameters - end-to-end control (SC). During the control, the process is processed to determine the value of the controlled parameter and the result of the tolerance control of the parameters is analyzed in accordance with the failure criterion. (Rodimova R.I., Shinkevich Yu.G. Automated systems for technical diagnostics of hydroacoustic complexes. St. Petersburg Hydroacoustics. 2015. Issue 23(3)).

Недостатком этого способа применительно к контролю гидроакустических приемных трактов является невозможность обеспечения работы тракта по штатному назначению во время контроля испытательным сигналом, поскольку при данном виде контроля обязательно необходимо прервать штатную работу, также при отсутствии возможности введения в аппаратуру приемного тракта генератора испытательного сигнала данный способ не реализуем.The disadvantage of this method in relation to the control of hydroacoustic receiving paths is the impossibility of ensuring the operation of the path for its standard purpose during control with a test signal, since with this type of control it is necessary to interrupt the regular operation, and if it is not possible to introduce a test signal generator into the equipment of the receiving path, this method is not implemented .

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля многоканального гидроакустического приемного тракта, согласно которому в режиме штатной эксплуатации, принимают акустические шумы морской среды, определяют интегральные значения абсолютных величин выходных напряжений каналов, которые сравнивают с жесткими допусками, формируют массив каналов соответствующих жестким допускам, в данном массиве определяют среднее арифметическое значение, которые используют в качестве эталонного. Эталонное значение запоминают и используют при сравнении с абсолютными величинами во всех каналах. По результатам сравнения судят об исправности каналов (патент РФ №2061300).The closest to the proposed method is a method for monitoring a multichannel hydroacoustic receiving path, according to which, in the normal operation mode, the acoustic noise of the marine environment is received, the integral values of the absolute values of the output voltages of the channels are determined, which are compared with tight tolerances, and an array of channels corresponding to tight tolerances is formed, in this array determine the arithmetic mean value, which is used as a reference. The reference value is stored and used in comparison with the absolute values in all channels. According to the results of the comparison, the serviceability of the channels is judged (RF patent No. 2061300).

В соответствии со способом прототипом непрерывный контроль многоканального приемного тракта состоит из двух этапов. На первом этапе производится грубый контроль, отбраковка каналов однозначно вышедших из строя, произошло затекание канала или обрыв соединения. Из остальных каналов организуется массив, над которым производят последующие процедуры.In accordance with the prototype method, continuous monitoring of the multi-channel receiving path consists of two stages. At the first stage, a rough control is performed, the channels that are unequivocally out of order are rejected, the channel leaked or the connection was broken. From the rest of the channels, an array is organized, on which subsequent procedures are performed.

Недостатком способа - прототипа является то, что данный способ контроля обеспечивает достаточно низкую достоверность контроля (порядка 0.61 расчет произведен в Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Разработка методики проектирования систем контроля многоканальных приемно-усилительных трактов. // Р.И. Родимова. Л., ЛЭТИ, 1984). Для достижения состоятельности в части определения исправности каналов при данном способе необходима выборка из числа каналов N>100, так как достоверность связана с среднеквадратической погрешностью определения дисперсии контролируемого параметра, а данная ошибка определяется как

. Удовлетворительная оценка по достоверности может быть дана только при N>100 (Е.С. Вентцель «Теория вероятности»).The disadvantage of the prototype method is that this method of control provides a rather low reliability of control (about 0.61, the calculation was made in the Dissertation for the degree of candidate of technical sciences. Development of a methodology for designing control systems for multichannel receiving-amplifying paths. // R.I. Rodimova. L., LETI, 1984). To achieve consistency in terms of determining the health of the channels with this method, a sample from the number of channels N>100 is necessary, since the reliability is associated with the root-mean-square error in determining the variance of the controlled parameter, and this error is defined as

. A satisfactory assessment of reliability can only be given if N>100 (E.S. Wentzel "Theory of Probability").

Данный контроль не эффективен для малоканальной системы ввиду вероятностного характера анализа, выборки системы с малым количеством каналов будет недостаточно для определения технического состояния совокупности.This control is not effective for a low-channel system due to the probabilistic nature of the analysis; sampling a system with a small number of channels will not be enough to determine the technical state of the population.

Задачей предлагаемого способа является увеличения достоверности и информативности непрерывного контроля приемного тракта с малой канальностью.The objective of the proposed method is to increase the reliability and information content of continuous monitoring of the receiving path with a small channel.

Технический результат изобретения в повышении основного показателя качества контроля - достоверности.The technical result of the invention is to improve the main indicator of quality control - reliability.

Для достижения указанного технического результата в способ непрерывного контроля многоканального приемного тракта гидроакустического комплекса корабля, в котором в режиме штатной эксплуатации, принимают акустические шумы морской среды, определяют интегральные значения абсолютных величин выходных напряжений каналов, которые сравнивают с жесткими допусками и формируют массив каналов соответствующих жестким допускам, введены новые признаки, а именно: производят аналого-цифровое преобразование и спектральную обработку сигналов на выходе каналов, соответствующих норме, анализируют уровень изменения напряжения на выходе каждого из этих каналов после аналого-цифрового преобразования за время Δt, равное периоду контроля, и если после аналого-цифрового преобразования в каком-либо канале изменение напряжения за время Δt отсутствует, этот канал считают отказавшим, причем повторяют эту процедуру на протяжении всего времени работы приемного тракта гидроакустического комплексаTo achieve the specified technical result in the method of continuous monitoring of the multi-channel receiving path of the hydroacoustic complex of the ship, in which, in the normal operation mode, the acoustic noise of the marine environment is received, the integral values of the absolute values of the output voltages of the channels are determined, which are compared with tight tolerances and form an array of channels corresponding to tight tolerances , new features are introduced, namely: they perform analog-to-digital conversion and spectral processing of signals at the output of channels that correspond to the norm, analyze the level of voltage change at the output of each of these channels after analog-to-digital conversion for a time Δt equal to the control period, and if after analog-to-digital conversion in any channel, there is no voltage change over time Δt, this channel is considered to have failed, and this procedure is repeated throughout the entire time of operation of the receiving path of the hydroacoustic complex

Ввиду того что воздействующий шумовой акустический сигнал (давление р) является случайной величиной, которая может равновероятно принимать значения в определенных пределах от р_mах до p_min, то акустическое давление р₀, воздействующее на вход канала приемного тракта в момент времени t₀, гарантированно не будет равно акустическому давлению р₁, воздействующему на вход этого же канала в момент времени t₁, где, t₁-t₀=Δt - период контроля. Вероятность Р того, что P{p₁(t)=p₀(t₀)} стремится к нулю, вследствие того что вариативность значения акустического давления стремиться к бесконечности в пределах от р_min до р_mах, за Δt оно с Р→1 изменится на случайную величину Δр. Изменение акустического давления Δр за время Δt, при исправности приемного тракта неизбежно приведет к изменению электрического напряжения после аналого-цифрового преобразования. Если этого не произойдет, наблюдаемый канал неисправен.Due to the fact that the acting noise acoustic signal (pressure p) is a random variable that can take values with equal probability within certain limits from p _max to p _min , then the acoustic pressure p ₀ affecting the input of the channel of the receiving path at time t ₀ is guaranteed not will be equal to the acoustic pressure p ₁ acting on the input of the same channel at time t ₁ , where, t ₁ -t ₀ =Δt - control period. The probability P that P{p ₁ (t)=p ₀ (t ₀ )} tends to zero, due to the fact that the variability of the acoustic pressure value tends to infinity within the range from p _min to p _max , for Δt it is with P→1 will change by a random value Δр. A change in acoustic pressure Δp over time Δt, if the receiving path is in good condition, will inevitably lead to a change in the electrical voltage after analog-to-digital conversion. If this does not happen, the observed channel is faulty.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой приведена обобщенная структурная схема многоканального приемного тракта гидроакустического комплекса корабля в процессе контроля.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1, which shows a generalized block diagram of the multichannel receiving path of the ship's hydroacoustic complex in the control process.

Многоканальный приемный тракт (обобщенная структурная схема фиг. 1) содержит последовательно соединенные многоканальную гидроакустическую антенну 1, многоканальную аппаратуру 2 предварительной обработки (АПО), многоканальный аналого-цифровой преобразователь 3 (АЦП), выходы которого соединены со входами многоканального вычислителя 6. Вычислитель 6 содержит программный компаратор 4 сравнения (КС) уровня сигнала с жесткими допусками, а выход КС соединен с входом блока 5 программного разностного преобразователя (РП), который определяет относительное изменение уровня сигнала за время Δt. Реализация всех блоков известна и описана (Основы военно-технических исследований// А.В. Дерепа, А.Г. Лейко, Ю.А. Меленко 2016).The multichannel receiving path (generalized block diagram of Fig. 1) contains serially connected multichannel hydroacoustic antenna 1, multichannel preprocessing equipment 2 (APO), multichannel analog-to-digital converter 3 (ADC), the outputs of which are connected to the inputs of the multichannel calculator 6. The calculator 6 contains a software comparator 4 comparing (CC) the signal level with tight tolerances, and the output of the COP is connected to the input of the block 5 software difference converter (RP), which determines the relative change in the signal level over time Δt. The implementation of all blocks is known and described (Fundamentals of military-technical research// A.V. Derepa, A.G. Leiko, Yu.A. Melenko 2016).

Предложенный способ реализуется следующим образом (см. фиг.1) на каждый вход гидроакустической антенны 1 (1…n) воздействует акустическое давление P₁(t)…P_n(t), после преобразования акустической энергии в электрическую, U₁(t)…U_n(t) поступает на вход АПО 2, после усиления и фильтрации в АПО U_1y(t)…U_ny(t) поступает на вход АЦП 3, после аналого-цифрового преобразования в АЦП U_1ya(t)…U_nya(t) поступает на входы вычислителя 6, в вычислителе 6 происходит сравнение с допусками в КС 4, сигналы соответствующие жестким допускам u₁(t)…u_к(t), где к - количество каналов прошедших сравнение с жесткими допусками (к<n если не все каналы прошли сравнение с жесткими допусками; к=n если все каналы прошли сравнение с жесткими допусками), поступают на блок РП 5, где вырабатывается решение об исправности канала на основании анализа изменения уровня сигнала в нем за период контроля. Сравнение с жесткими допусками и анализ относительного изменения уровня сигнала производится по каждому каналу в отдельности и не требует выработки адаптивного порога сравнения по большой выборке каналов, поэтому может использоваться для малоканальной системы, вплоть до системы с одним каналом.The proposed method is implemented as follows (see figure 1) each input of the hydroacoustic antenna 1 (1...n) is affected by acoustic pressure P ₁ (t)...P _n (t), after converting acoustic energy into electrical energy, U ₁ (t) …U _n (t) goes to the input of APO 2, after amplification and filtering in APO U _1y (t)…U _ny (t) goes to the input of ADC 3, after analog-to-digital conversion to ADC U _1ya (t)…U _nya (t) is fed to the inputs of the calculator 6, in the calculator 6 there is a comparison with the tolerances in the COP 4, the signals corresponding to tight tolerances u ₁ (t) ... u _to (t), where k is the number of channels that have been compared with tight tolerances (k<n if not all channels have been compared with tight tolerances; k=n if all channels have been compared with tight tolerances), they are sent to block RP 5, where a decision is made about the channel's serviceability based on an analysis of changes in the signal level in it over the monitoring period. Comparison with strict tolerances and analysis of the relative change in the signal level is performed for each channel separately and does not require the development of an adaptive comparison threshold for a large selection of channels, therefore it can be used for a small-channel system, up to a system with a single channel.

Представленные данные позволяют считать, что заявленный технический результат достигнут.The presented data allow us to consider that the claimed technical result has been achieved.

Claims (1)

Способ непрерывного контроля приемного тракта гидроакустического комплекса корабля, включающий воздействие на вход каждого канала приемного тракта шумового акустического сигнала, определение среднеквадратического значения параметров шумового сигнала на выходе каждого канала, сравнение полученных значений параметров с предельно допустимой величиной, формирование массива состояний каналов и определение каналов, соответствующих жестким допускам, отличающийся тем, что производят аналого-цифровое преобразование и спектральную обработку сигналов на выходе каналов, соответствующих норме, анализируют уровень изменения напряжения на выходе каждого из этих каналов после аналого-цифрового преобразования за время Δt, равное периоду контроля, и, если после аналого-цифрового преобразования в каком-либо канале изменение напряжения за время Δt отсутствует, этот канал считают отказавшим, причем повторяют эту процедуру на протяжении всего времени работы приемного тракта гидроакустического комплекса.A method for continuous monitoring of the receiving path of a hydroacoustic complex of a ship, including the impact on the input of each channel of the receiving path of a noise acoustic signal, determining the root-mean-square value of the noise signal parameters at the output of each channel, comparing the obtained parameter values with the maximum allowable value, forming an array of channel states and determining the channels corresponding to tight tolerances, characterized in that they perform analog-to-digital conversion and spectral processing of signals at the output of channels that correspond to the norm, analyze the level of voltage change at the output of each of these channels after analog-to-digital conversion for a time Δt equal to the control period, and, if after analog-to-digital conversion in any channel, there is no voltage change over time Δt, this channel is considered to have failed, and this procedure is repeated throughout the entire time of operation of the receiving path of the hydroacoustic complex.

Images