Доплеровские лаги

за время To пройдёт расстояние ℓ = Vи·To, т.е. переместится в т. В' , а ЗВ переместится в т. А.

Длина волны λ1 называется кажущейся длиной волны

- сближение;
+ удаление

ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

сжатие волны, следовательно, частота принятых колебаний увеличивается.

2. Излучатель неподвижен, а приемник движется навстречу неподвижному излучателю со скоростью Vп.
Неподвижный излучатель создаёт волну длиной λ1 и частотой f1

Частота f2, воспринимаемая приемником с учётом его движения:

горизонту.
Судно идет со скоростью V.
V·cosθ – проекция скорости судна на траекторию распространения эхо-сигнала.

На дно падает ЗВ частотой f1:

Точка В излучает частоту f1, частота, принятая приемником f2:

= fп – fи

Доплеровское приращение частоты:

Скорость судна через fд:

фильтрацию помех.
3. Необходимо непрерывно контролировать скорость звука и в случае ее изменения, вводить новые значения.
4. Угол θ зависит от качки судна, т.е. для движущегося судна в формулу вместо cosθ следует применять cos(θ±ψ), где ψ – угол дифферента.
Для устранения зависимости точности от угла качки:
- Антенну устанавливать на стабилизированной платформе;
- Применять двухлучевую антенну, которая производит излучение звуковых волн, как в направлении носа судна, так и в направлении кормы;
- Создание антенн в виде антенной решётки;
- Применение ЭВМ, которые производят постоянное измерение (θ±ψ) и перерасчет V.

доплеровское приращение частоты:

Разложим cos(θ±ψ):

Т.к. килевая качка ψ ≈ 5 ÷ 10°, то cosψ заменим на "1", а sinψ на "ψ"

fд

Δабс

Относительная погрешность однолучевого лага

направленности в режиме излучения.
3, 5 – характеристики направленности в режиме приема.
4, 6 – точки (общие) веерообразных характеристик направленности.

f1 – f3; fд42 = f4 – f2

Путевая скорость и угол сноса:

определения скорости судна необходимо с заданной точностью измерить среднюю доплеровскую частоту.

Вид эхо-сигнала на входе акустической антенны лага

Спектральная характеристика отраженного эхо- сигнала с доплеровским сдвигом частоты

частоты), определяемая шириной спектра доплеровских частот.

Зависит от параметров антенной системы и от времени усреднения принятых эхо-сигналов.

СКП единичного измерения частоты σ равна половине ширины доплеровского спектра σ = Δfд / 2

Если производится усреднение результатов измерений за время периода Т:

где N - число статистических независимых измерений частоты за время Т

Для современных ДГАЛ значение этой погрешности находится в пределах 0,1-0,3%. Для СВЧ при fи = 1 МГц и Т=1 с относительная погрешность составляет 0,028%, а при fи=2 МГц - 0,014%.

что вызывает появление дополнительной погрешности:

2. Помехи на входе приемника, обусловленные гидродинамическим шумом и собственным шумом приемника.
Величина этой погрешности помимо параметров антенной системы и скорости судна определяется постоянной времени фильтра и частотой излучения.
Так при τф = 1с и fи = 1 МГц погрешность составляет 0,12%, а при fи = 2 МГц - 0,06%.

С уменьшением скорости движения относительная погрешность увеличивается, но при этом будет уменьшаться абсолютная погрешность, пропорциональная

изменяется в зависимости от температуры воды, ее солености и плотности, достигая наибольшего отклонения до ± 4-5%. Следовательно, и погрешность измерения скорости судна доходит до 4-5%.

ДГАЛ имеют специальные корректирующие устройства.
Коррекция вводится с помощью расчета действительной скорости звука по специальным эмпирическим формулам с учетом информации от датчиков температуры, солености и т.д. Погрешность коррекции при этом составляет примерно 0,1%.

Эффективной считается коррекция за счет применения частотно-независимых антенн.
Такие антенны представляют собой линейные решетки, состоящие из отдельных преобразователей, обладающих слабой направленностью.

– расстояние между элементами

Если конструктивно выбрать d = λо, то для α = 30° Δφ = π.
Подставим значение sinλ: