PL211316B1 - Sposób i urządzenie do wykrywania, lokalizacji i identyfikacji obiektów wytwarzających sygnał akustyczny, zwłaszcza helikopterów - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211316 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 367370 ^{(51) Int.Cl.}

G01S 5/18 (2006.01) G01S 3/80 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 19.04.2004

Sposób i urządzenie do wykrywania, lokalizacji i identyfikacji obiektów wytwarzających sygnał akustyczny, zwłaszcza helikopterów (43) Zgłoszenie ogłoszono:

31.10.2005 BUP 22/05 (73) Uprawniony z patentu:

CENTRUM NAUKOWO-PRODUKCYJNE ELEKTRONIKI PROFESJONALNEJ RADWAR SPÓŁKA AKCYJNA, Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.05.2012 WUP 05/12 (72) Twórca(y) wynalazku:

KRZYSZTOF KULPA, Warszawa, PL MACIEJ LIŃCZUK, Warszawa, PL ANDRZEJ GĄBKA, Warszawa, PL ADAM SOWUL, Warszawa, PL

PL 211 316 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wykrywania, lokalizacji i identyfikacji obiektów wytwarzających sygnał akustyczny, zwłaszcza helikopterów, przeznaczony do wykrywania obiektów z dużej odległości, i określania namiaru, czyli kierunku geograficznego pomiędzy urządzeniem a wykrytym obiektem.

Obiekty latające lokalizowane są obecnie przez wiele środków technicznych bazujących na obserwacji w paśmie widzialnym, podczerwieni lub w ultrafiolecie oraz bazujących na odbiciu wysłanej fali elektromagnetycznej jak na przykład w systemach radiolokacyjnych.

Znany jest na przykład z amerykańskiego opisu patentowego nr 6178141 system lokalizowania i detekowania snajpera, bazują cy na obserwacji fali uderzeniowej, wytworzonej przez lecący z prę dkością ponaddźwiękową pocisk. System estymuje trajektorię lotu pocisku, liczbę Macha i kaliber. W przypadku charakterystycznego bł ysku, widocznego na wyjś ciu lufy podczas wystrzał u system umożliwia dokładniejsze estymowania położenia snajpera wzdłuż trajektorii lotu pocisku. Wynalazek wykonywany jest w kilku wersjach: mocowanej na stałe i mobilnej, montowanej na pojazdach lub noszonej przez człowieka. Wynalazek wykorzystuje rozstawione w określonym szyku czujniki detekcji fali uderzeniowej, wytworzonej przez lecący pocisk. Określenie trajektorii lotu pocisku odbywa się na podstawie analizy porównania różnic czasów dojścia sygnału do poszczególnych czujników. W analizie wykorzystywany jest dokładny model balistyki pocisku uwzględniający zmianę prędkości w czasie. Rozstawienie czujników w terenie, który jest chroniony, może być dwojakie, sześć czujników rozłożonych w terenie lub dwie grupy po trzy czujniki montowane na stojakach. Czujniki mogą też być montowane na hełmie operatora. Sygnał z czujników przesyłany jest do komputera przewodem łączącym je bezpośrednio lub kanałem bezprzewodowym. Komputer zajmuje się analizą danych i wizualizacją wyników.

Znane, wyżej opisane rozwiązania, bazujące zarówno na obserwacji w paśmie widzialnym i są siednich są skuteczne jedynie w przypadku, gdy na przykł ad helikopter nie jest zasł onię ty przez przeszkody terenowe. Dodatkowo, systemy radiolokacyjne, ze względu na stosowaną technikę filtracji dopplerowskiej są bardzo mało skuteczne w przypadku helikoptera będącego w zawisie lub poruszającego się azymutalnie względem radaru. Ponadto, mimo iż charakterystyczny dźwięk helikopterów generowany przez obracające się łopaty jest dość łatwo wykrywany przez człowieka, ograniczenie stanowi stosunkowo mała czułość ucha ludzkiego na niskie częstotliwości, zbliżone do infradźwięków oraz duża możliwość zamaskowania tych sygnałów przez dźwięki innych urządzeń pracujących w bliskiej odległoś ci.

Niekorzystną cecha wynalazku według patentu USA nr 6178141 jest brak możliwości detekowania obiektów typu śmigłowiec, wóz, pojazd lub dowolny inny obiekt wytwarzający dźwięk, ciągłego estymowania położenia tych obiektów, zdecydowanie niski zasięg detekcji oraz brak możliwości współpracy z innymi urządzeniami lub współpracy ze stacją centralną, zbierającą dane od stacji autonomicznych.

Sposób według wynalazku polega na tym, że sygnał akustyczny wytwarzany przez wykrywany obiekt odbiera się przez czujniki modułu czujników akustycznych i przetwarza się go na sygnał elektryczny, po czym sygnały z poszczególnych czujników poddaje się kompensacji fazowej w module kompensacji fazowej w taki sposób, że wprowadza się korektę fazową minimalizującą różnicę faz pomiędzy dowolną parą czujników. Następnie skompensowane sygnały przetwarza się na sygnały cyfrowe.

Sposób według wynalazku wyróżnia się tym, że sygnały cyfrowe przetwarza się w module filtrów częstotliwościowo-przestrzennych a sygnał wyjściowy z tego modułu poddaje się w module rozpoznania analizie porównawczej z obiektami zarejestrowanymi w pamięci danych. Po czym zobrazowuje się go w znany sposób.

Urządzenie według wynalazku zawiera moduł czujników akustycznych połączony poprzez moduł kompensacji fazowej z układem przetworników analogowo-cyfrowych.

Urządzenie według wynalazku wyróżnia się tym, że do wyjść układu przetworników cyfrowo-analogowych dołączone są wejścia modułu filtrów częstotliwościowo-przestrzennych. Do wyjścia modułu filtrów częstotliwościowo-przestrzennych dołączone jest, współpracujące z pamięcią danych, pierwsze wejście modułu rozpoznania, którego pierwsze wyjście jest połączone z wejściem modułu wizualizacji i prezentacji, drugie zaś z wejściem modułu uogólnienia. Przy czym kolejne moduły, począwszy od modułu filtrów częstotliwościowo-przestrzennych są zaimplementowane w komputerze.

PL 211 316 B1

Wynalazek pozwala na określenie położenia obiektu, zwłaszcza helikoptera, z dużej odległości a umieszczenie urzą dzeń, według wynalazku, w różnych punktach terenu umożliwia określenie położenia geograficznego tego obiektu oraz określenie trajektorii ruchu. Poza tym, dzięki rejestrowaniu sygnatur dźwięków, urządzenie jest w stanie dokonywać identyfikacji obiektów w pewnym ograniczonym obszarze zbioru wcześniej zarejestrowanych obiektów.

Przedmiot wynalazku jest pokazany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia jego schemat blokowy, fig. 2 przedstawia rozmieszczenie mikrofonów w szyku liniowym, fig. 3 rozmieszczenie mikrofonów w szyku krzyżowym a fig. 4 rozmieszczenie mikrofonów w szyku kołowym.

Sposób według wynalazku polega na tym, że sygnał akustyczny wytwarzany przez wykrywany obiekt odbiera się przez mikrofony modułu czujników akustycznych 1 i przetwarza się go na sygnał elektryczny. Następnie sygnały z poszczególnych mikrofonów poddaje się kompensacji fazowej w module kompensacji fazowej 2 w taki sposób, że do sygnału, który odbiera się z każdego czujnika indywidualnie wprowadza się korektę fazową minimalizująca różnicę faz pomiędzy dowolną parą mikrofonów. Po czym skompensowane fazowo sygnały przetwarza się na sygnały cyfrowe w module przetwarzania analogowo-cyfrowego 3. Z kolei sygnały cyfrowe przetwarza się w module filtrów częstotliwościowo-przestrzennych 4 a sygnał wyjściowy z tego modułu poddaje się w module rozpoznania analizie porównawczej z obiektami zarejestrowanymi w pamięci danych 7 i zobrazowuje się go w znany sposób.

Urządzenie według wynalazku składa się z modułu czujników akustycznych 1, w postaci grupy mikrofonów, połączonego kolejno poprzez moduł kompensacji fazowej 2, układ przetworników analogowo-cyfrowych 3, moduł filtrów częstotliwościowo-przestrzennych 4 z modułem rozpoznania 5. Moduł czujników akustycznych 1 stanowi 16 mikrofonów o dookólnej charakterystyce czułości. Służy on do przetwarzania sygnału akustycznego na sygnał elektryczny. Mikrofony mogą być zestawione w konfiguracji liniowej, krzyżowej lub kołowej, w narzuconej kolejności. Moduł kompensacji fazowej 2 jest połączony bezpośrednio z wyjściami grupy mikrofonów, i służy do zasilania mikrofonów oraz wprowadzenia korekty fazowej do sygnału odbieranego z każdego mikrofonu. Układ przetwarzania analogowo-cyfrowego 3 stanowią przetworniki analogowo-cyfrowe. Moduł rozpoznania 5 służy do odbioru wektorowego i częstotliwościowego obrazu przetworzonego sygnału analogowego i dokonania określenia położenia oraz typu kolejnych obiektów.

Jednocześnie moduł rozpoznania 5 jest połączony z modułem wizualizacji i prezentacji 6 oraz z modułem uogólnienia informacji 8. Ponadto do modułu rozpoznania 5 jest dołączona pamięć danych 7. Moduł wizualizacji i prezentacji służy do odbioru przygotowanej przez moduł rozpoznania 5 informacji oraz do jej wizualizacji na przykład na monitorze lub wyświetlaczu ciekłokrystalicznym. Pamięć danych 7 służy do przechowywania danych o zarejestrowanych obiektach. Moduł uogólnienia informacji 8 zajmuje się przygotowaniem informacji zawierającej wykryte i zidentyfikowane obiekty, które zostały zarejestrowane przez moduł czujników akustycznych 1 i przetworzone przez kolejne moduły.

Równocześnie do modułu uogólnienia informacji 8 jest dołączony moduł geograficzny 9, który jest odpowiedzialny za określenie współrzędnych geograficznych. A ponadto moduł uogólnienia informacji jest 8 jest dołączony do modułu transmisji informacji 10, który zajmuje, się wysłaniem drogą bezprzewodową informacji o wykrytych i zidentyfikowanych obiektach. W skład tego modułu wchodzi urządzenie zapewniające bezprzewodową łączność z innymi stacjami nadrzędnymi.

Działanie urządzenia według wynalazku jest następujące: fale akustyczne padające na zestaw mikrofonów modułu czujników akustycznych 1, po wzmocnieniu we wzmacniaczach niskoszumnych modułu kompensacji fazowej 2 podawane są do modułu filtrów częstotliwościowo-przestrzennych 4, które określają cechy widmowe sygnału i określają kierunek padania fali akustycznej. Na podstawie cech widmowych określa się typ helikoptera.

Następnie wypracowane dane przekazuje się do modułu wizualizacji i prezentacji 6, gdzie wizualizuje się uzyskane dane, a także do modułu uogólniania 8.

Skompensowany fazowo sygnał poddawany jest konwersji do postaci cyfrowej w układzie przetwarzania analogowo-cyfrowego 3.

W module kompensacji fazowej 2, spełniającym, również rolę zasilacza mikrofonów, następuje wprowadzenie korekty fazowej do sygnału odbieranego z każdego mikrofonu, w taki sposób by przesunięcie fazowe pomiędzy dowolną parą mikrofonów nie przekraczało minimalnej wartości. Cyfrowy sygnał o wysokiej rozdzielczości przesyłany jest do modułu filtrów częstotliwościowo-przestrzennych 4. Analogowy sygnał jest przetwarzany do postaci cyfrowej dla każdego z kanałów analogowych.

PL 211 316 B1

Następnie moduł filtrów częstotliwościowo-przestrzennych 4 przetwarza odebrany sygnał cyfrowy na wektorowy obraz przestrzenny i częstotliwościowy.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wykrywania, lokalizacji i identyfikacji obiektów wytwarzających sygnał akustyczny, zwłaszcza helikopterów, polegający na tym, że sygnał akustyczny wytwarzany przez wykrywany obiekt odbiera się przez czujniki modułu czujników akustycznych i przetwarza się go na sygnał elektryczny, po czym sygnały z poszczególnych czujników poddaje się kompensacji fazowej w module kompensacji fazowej w taki sposób, że do sygnału, który odbiera się z każdego czujnika indywidualnie wprowadza się korektę fazową minimalizującą różnicę faz pomiędzy dowolną parą czujników, a następnie skompensowane fazowo sygnały przetwarza się na sygnały cyfrowe, znamienny tym, że sygnały cyfrowe przetwarza się w module filtrów częstotliwościowo-przestrzennych /4/ a sygnał wyjściowy z tego modułu poddaje się w module rozpoznania /5/ analizie porównawczej z obiektami zarejestrowanymi w pamięci danych /7/, po czym zobrazowuje się go w znany sposób.
2. 2. Urządzenie do wykrywania, lokalizacji i identyfikacji obiektów wytwarzających sygnał akustyczny, zwłaszcza helikopterów, zawierające moduł czujników akustycznych połączony poprzez moduł kompensacji fazowej z układem przetworników analogowo-cyfrowych, znamienne tym, że do wyjść układu przetworników analogowo-cyfrowych /3/ dołączone są wejścia modułu filtrów częstotliwościowo-przestrzennych /4/, do którego wyjścia z kolei jest dołączone, współpracujące z pamięcią danych /7/, pierwsze wejście modułu rozpoznania /5/, którego pierwsze wyjście jest połączone z wejściem modułu wizualizacji i prezentacji /6/, drugie zaś z wejściem modułu uogólnienia /8/, przy czym kolejne moduły, począwszy od modułu filtrów częstotliwościowo-przestrzennych /4/ są zaimplementowane w komputerze.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że moduł czujników akustycznych (1) stanowi zestaw mikrofonów, korzystnie w liczbie 16 sztuk, rozmieszczonych korzystnie na płaszczyźnie w szyku krzyżowym.