RU2161319C1 - Method for detection of underwater objects on sea bound in shallow sea - Google Patents
Method for detection of underwater objects on sea bound in shallow sea Download PDFInfo
- Publication number
- RU2161319C1 RU2161319C1 RU99107404A RU99107404A RU2161319C1 RU 2161319 C1 RU2161319 C1 RU 2161319C1 RU 99107404 A RU99107404 A RU 99107404A RU 99107404 A RU99107404 A RU 99107404A RU 2161319 C1 RU2161319 C1 RU 2161319C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- points
- sea
- received
- echo signals
- line
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидроакустическим способам обнаружения малых подводных объектов в мелком море - подводных пловцов, малых подводных лодок, подводных скутеров и т.п. The invention relates to sonar methods for detecting small underwater objects in the shallow sea - underwater swimmers, small submarines, submarine scooters, etc.
Для обнаружения подводных объектов на определенном морском рубеже используют набор активных гидроакустических станций, устанавливаемых, как правило, на дне, образующих барьерную линию рубежа. С целью уменьшения количества станций, образующих барьерную линию, стремятся увеличить дальность действия каждой станции за счет увеличения ее энергетического потенциала (излучаемой мощности, увеличения направленности излучающих и приемных антенн и т.п.). Для увеличения дальности действия станций используют также разнесение излучения и приема вдоль барьерной линии, т.е. бистатические системы обнаружения. Координаты обнаруженных целей относительно точек расположения станций определяются в таких системах по времени и направлению прихода эхо-сигнала от цели. Дальность действия этих систем, как правило, значительно превышает глубину моря в месте их установки, и надежность обнаружения существенно зависит от гидрологических характеристик моря на трассе распространения сигналов, которые подвержены изменчивости в течение года, времени суток и других факторов. При этом обнаружение эхо-сигналов ведется на фоне поверхностной и донной реверберации, которые существенно затрудняют обнаружение полезного сигнала. Для борьбы с реверберацией в этих системах применяют способы, основанные на уменьшении одновременно озвучиваемого объема, поверхности моря и дна. Это достигается за счет сокращения длительности импульсов, использования направленного, сканирующего в пространстве излучения и приема. Подобный способ применен в "Бистатической-моностатической гидроакустической заградительной системе" по пат. США N 5305286 с приоритетом 21.05.1992 г., а также в размещенном на платформе "Бистатическом гидролокаторе" по пат. США N 5237541 от 21.05.1992 г. To detect underwater objects at a specific sea line, a set of active sonar stations are used, which are usually installed at the bottom, forming a barrier line of the line. In order to reduce the number of stations forming a barrier line, they strive to increase the range of each station by increasing its energy potential (radiated power, increasing the directivity of emitting and receiving antennas, etc.). To increase the range of the stations also use the separation of radiation and reception along the barrier line, i.e. bistatic detection systems. The coordinates of the detected targets relative to the location points of the stations are determined in such systems by the time and direction of arrival of the echo signal from the target. The range of these systems, as a rule, significantly exceeds the depth of the sea at the place of their installation, and the reliability of detection significantly depends on the hydrological characteristics of the sea along the propagation path of signals that are subject to variability during the year, time of day, and other factors. At the same time, echo signals are detected against the background of surface and bottom reverberation, which substantially complicate the detection of a useful signal. To combat reverberation in these systems, methods are used that are based on reducing simultaneously voiced volume, sea surface and bottom. This is achieved by reducing the duration of the pulses, using directional scanning in space radiation and reception. A similar method is used in the "Bistatic-monostatic sonar barrage system" according to US Pat. US N 5305286 with a priority of 05/21/1992, as well as in the "Bistatic sonar" located on the platform according to US Pat. U.S. N 5237541 dated 05/21/1992
В условиях мелкого моря влияние гидрологии на трассе распространения звука, поверхностной и донной реверберации особенно сильно. Для обеспечения осмотра всего контролируемого водного объема приходится сканировать узкий луч в вертикальной плоскости и по азимуту, что требует сложного устройства сканирования и не обеспечивает постоянное наблюдение всего поля вдоль рубежа. In the shallow sea, the influence of hydrology on the path of sound propagation, surface and bottom reverb is especially strong. To ensure the inspection of the entire controlled water volume, it is necessary to scan a narrow beam in the vertical plane and in azimuth, which requires a complex scanning device and does not provide constant observation of the entire field along the boundary.
Известен способ обнаружения малых объектов в мелком море, примененный в "Системе обнаружения пловцов" (справочник Yanes 1995-96 гг., с.105). В этой системе осуществляют ненаправленное или малонаправленное излучение из ряда точек, расположенных на дне на линии охраняемого барьера, принимают эхо-сигналы, отраженные от объектов в этих же точках, и о местоположении объекта судят по координатам приемника, обнаружившего эхо-сигнал. Способ может быть применен на мелководье при довольно частом расположении точек приема-излучения с расстоянием между ними, сравнимым с глубиной (cм. фиг.1.) Способ позволяет исключить влияние изменений гидрологии на распространение звука в зоне обнаружения за счет малой рефракции звука при вертикальном распространении от дна к поверхности. A known method of detecting small objects in the shallow sea, used in the "Detection System swimmers" (reference Yanes 1995-96, p.105). In this system, non-directional or non-directional radiation is carried out from a number of points located at the bottom on the line of the guarded barrier, echo signals are reflected from objects at the same points, and the location of the object is judged by the coordinates of the receiver that detected the echo signal. The method can be applied in shallow water with a fairly frequent arrangement of the reception-emission points with a distance between them comparable to depth (see figure 1.). The method allows to exclude the effect of changes in hydrology on the sound propagation in the detection zone due to the small refraction of sound during vertical propagation from the bottom to the surface.
К недостаткам способа можно отнести образование зон неуверенного обнаружения, в случаях, когда дальность до объекта превышает глубину места установки и обнаружение ведется на фоне поверхностной реверберации, особенно при больших углах падения звука на поверхность, характерных для освещения снизу (cм.фиг.1.) При одновременном излучении из всех активных точек барьерной линии образуются перекрестные помехи, в связи с чем требуется последовательная работа подводных акустических модулей в точках барьерной линии, что также исключает непрерывный контроль пространства. The disadvantages of the method include the formation of zones of uncertain detection, in cases where the distance to the object exceeds the depth of the installation site and the detection is carried out against the background of surface reverb, especially at large angles of incidence of sound on the surface, characteristic of lighting from below (see figure 1.) With simultaneous emission from all active points of the barrier line, crosstalk is generated, which requires sequential operation of underwater acoustic modules at the points of the barrier line, which also eliminates continuous ny control space.
Таким образом, желательно получить такой способ обнаружения подводных объектов на морском рубеже в мелком море, который обеспечил бы достоверный и непрерывный контроль пространства и исключил бы наличие зон неуверенного приема. Thus, it is desirable to obtain a method for detecting underwater objects at the sea frontier in the shallow sea, which would ensure reliable and continuous control of the space and exclude the presence of zones of uncertain reception.
В предлагаемом способе обнаружения подводных объектов на морском рубеже в мелком море так же, как и в известном, излучают направленные в верхнее полупространство гидроакустические импульсы из ряда точек с известными координатами, расположенных на дне на линии рубежа, принимают отраженные от объектов эхо-сигналы в этих же точках и о месте положения объекта судят по координатам приемника, обнаружившего эхо-сигнал. In the proposed method for detecting underwater objects at the sea frontier in the shallow sea, as well as in the known one, hydroacoustic pulses directed to the upper half-space emit from a number of points with known coordinates located at the bottom on the boundary line, receive echo signals reflected from objects in these the same points and the position of the object are judged by the coordinates of the receiver that detected the echo signal.
В обеспечение достоверного и непрерывного контроля пространства без зон неуверенного приема в предлагаемом способе излучение в соседних точках производят на разных частотах и во всех точках одновременно принимают в каждой точке сигнал собственной частоты и по меньшей мере двух других частот от соседних по линии излучателей с каждой стороны, время приема эхо-сигналов ограничивают временем прихода отраженных от поверхности моря импульсов на каждой из принимаемых в данной точке частот, расстояние между соседними точками излучения выбирают равным двойной глубине моря по линии рубежа, а местоположение объекта уточняют по координатам излучателя, работающего на частоте принятых эхо-сигналов. In order to ensure reliable and continuous control of the space without areas of poor reception in the proposed method, radiation at neighboring points is produced at different frequencies and at all points simultaneously receive at each point a signal of natural frequency and at least two other frequencies from the adjacent radiators on each side of the line, the time of reception of echo signals is limited by the time of arrival of pulses reflected from the sea surface at each of the frequencies received at a given point, the distance between adjacent radiation points is chosen equal to the double depth of the sea along the boundary line, and the location of the object is specified by the coordinates of the emitter operating at the frequency of the received echo signals.
Повышение достоверности обнаружения достигается за счет того, что прием эхо-сигналов производится только до возникновения мешающего влияния поверхностной реверберации и за счет одновременного излучения в соседних точках зондирующих сигналов разных частот, отличающихся на величину, обеспечивающую возможность фильтрации по частоте принятых эхо-сигналов. Прием эхо-сигналов в каждой точке осуществляется одновременно как минимум на трех частотах: "собственной", частоте соседнего излучателя слева и частоте соседнего излучателя справа по линии барьера. Таким образом, вдоль барьера осуществляется набор чередующихся моностатических и бистатических систем. На фиг.2 показаны условия работы фрагмента барьерной линии с несколькими точками приема-излучения. Зоны уверенного (до поверхностной реверберации) приема для моностатических систем являются сферами радиусов, равных глубине моря. Зоны уверенного приема для бистатических систем являются эллипсоидами с фокусами в точках излучения и приема на одной частоте. Из фиг.2 видно, что зоны неуверенного (на фоне поверхностной реверберации) приема между сферами моностатических систем перекрываются эллипсоидами зон уверенного приема бистатических пар излучатель-приемник, и, таким образом, одновременно контролируется весь водный объем вдоль барьерной линии. Improving the reliability of detection is achieved due to the fact that the reception of echo signals is performed only before the occurrence of the interfering effect of surface reverberation and due to the simultaneous emission of sounding signals of different frequencies at neighboring points that differ by a value that allows filtering by the frequency of the received echo signals. The reception of echo signals at each point is carried out simultaneously at least at three frequencies: the "natural" frequency of the adjacent radiator on the left and the frequency of the neighboring radiator on the right along the barrier line. Thus, a set of alternating monostatic and bistatic systems is implemented along the barrier. Figure 2 shows the operating conditions of a fragment of the barrier line with several points of reception-radiation. Confident reception zones (before surface reverberation) for monostatic systems are spheres of radii equal to the depth of the sea. Confidence areas for bistatic systems are ellipsoids with foci at the points of emission and reception at the same frequency. Figure 2 shows that the zones of uncertain (against the background of surface reverberation) reception between the spheres of monostatic systems are overlapped by ellipsoids of the zones of reliable reception of bistatic emitter-receiver pairs, and, thus, the entire water volume along the barrier line is simultaneously controlled.
Время, в течение которого принимаются эхо-сигналы без поверхностной реверберации, в моностатической системе Tм определяется глубиной моря в месте установки - H и может изменяться от 0 до где C - скорость звука в воде.The time during which echoes without surface reverb are received in the monostatic system T m is determined by the sea depth at the installation site - H and can vary from 0 to where C is the speed of sound in water.
Для бистатической пары излучатель-приемник время приема из безреверберационного эллипсоида может изменяться от до где d - расстояние, равное половине большой оси эллипса.For a bistatic emitter-receiver pair, the reception time from a reverberation ellipsoid can vary from before where d is the distance equal to half the major axis of the ellipse.
Таким образом, ограничивая время приема у моностатического приемника величиной Tм, а у бистатического приемника от до , мы обеспечим зондирование поля до возникновения мешающего влияния поверхностной реверберации.Thus, limiting the reception time for a monostatic receiver to T m , and for a bistatic receiver from before , we will provide sounding of the field before the occurrence of the interfering effect of surface reverb.
Применение взаимосвязанных моностатических и бистатических систем в способе позволяет уточнить координаты обнаруженного объекта по координатам излучателя, сигнал которого принял приемник на частоте этого излучателя. The use of interconnected monostatic and bistatic systems in the method allows you to specify the coordinates of the detected object according to the coordinates of the emitter, the signal of which was received by the receiver at the frequency of this emitter.
Если цель обнаружена только одной моностатической системой, т.е. частота принятого сигнала совпадает с частотой излучателя, расположенного в той же точке, что и приемник, то цель находится в сфере (см. фиг.2) этой системы. If the target is detected by only one monostatic system, i.e. the frequency of the received signal coincides with the frequency of the emitter located at the same point as the receiver, the target is in the sphere (see figure 2) of this system.
Если цель обнаружена приемником, расположенным в соседней точке с точкой излучателя, излучившего сигналы этой частоты, т.е. только бистатической системой, значит она находится в заштрихованной области между точками нахождения приемника и излучателя данной бистатической пары (фиг. 2). If the target is detected by a receiver located at an adjacent point with the point of the emitter emitting signals of this frequency, i.e. only a bistatic system, which means it is in the shaded area between the points where the receiver and emitter of this bistatic pair are located (Fig. 2).
И, наконец, если цель обнаружена и моностатической и бистатической системами, то координаты цели уточняются по зоне совместного действия моностатической и бистатической систем (фиг. 2). And finally, if the target is detected by both monostatic and bistatic systems, then the coordinates of the target are specified in the zone of joint action of the monostatic and bistatic systems (Fig. 2).
При разнесенной системе излучение-прием возникает возможность контролировать придонное пространство между излучателем и приемником по непосредственному затенению объектом прямого гидроакустического импульса от излучателя к соседнему приемнику. Если следить за уровнем принятых гидроакустических импульсов, то при изменении этого уровня можно судить о появлении объекта вблизи дна. With the diversity of the radiation-reception system, it becomes possible to control the near-bottom space between the emitter and the receiver by directly shading the object with a direct sonar pulse from the emitter to the adjacent receiver. If we monitor the level of received hydroacoustic pulses, then when this level changes, we can judge the appearance of an object near the bottom.
На фиг. 1 показаны условия работы малонаправленных излучателей, расположенных в точках на дне и излучающих в верхнее полупространство. На фиг.1 обозначены: 1 - дно, 2 - водная поверхность, 3 - точки приема-излучения, 4 - зона (заштрихована), эхо-сигнал из которой придет к приемникам в точках 3 на фоне поверхностной реверберации (зона неуверенного приема). In FIG. Figure 1 shows the operating conditions of unidirectional emitters located at points on the bottom and radiating to the upper half-space. Figure 1 shows: 1 - bottom, 2 - water surface, 3 - receiving-emission points, 4 - zone (shaded), from which the echo signal will come to the receivers at points 3 against the background of surface reverb (uncertain reception zone).
На фиг. 2 показаны условия работы фрагмента барьерной сонарной линии, состоящей из нескольких акустических модулей при моностатическом и бистатическом приеме. Обозначения: 6 - сферы моностатических систем, 5 - эллипсоиды бистатических систем. In FIG. Figure 2 shows the operating conditions of a fragment of the barrier sonar line, consisting of several acoustic modules with monostatic and bistatic reception. Designations: 6 - spheres of monostatic systems, 5 - ellipsoids of bistatic systems.
В точке К-1 излучается частота fK-1, а прием осуществляется на частотах fK-1, fK-2>, fK.At point K-1, the frequency f K -1 is emitted, and reception is carried out at frequencies f K-1 , f K-2 >, f K.
В точке К излучается частота fK, а прием осуществляется на частотах fK, fK-1, fK+1.At point K, a frequency f K is emitted, and reception is carried out at frequencies f K , f K-1 , f K + 1 .
В точке К+1 излучается частота fK+1, а прием осуществляется на частотах fK+1, fK, fK+2.At the point K + 1, the frequency f K + 1 is emitted, and reception is carried out at frequencies f K + 1 , f K , f K + 2 .
Предлагаемый способ может быть реализован в виде барьерной линии системы обнаружения подводных объектов в мелком море, фрагмент которой изображен на фиг.3. The proposed method can be implemented in the form of a barrier line for the detection system of underwater objects in the shallow sea, a fragment of which is shown in Fig.3.
Барьерная система состоит из N приемно-излучающих гидроакустических модулей 7, расположенных на дне и объединенных кабельной линией связи 8 с аппаратурой берегового поста 9. Каждый из гидроакустических модулей 7 состоит из приемно-излучающей гидроакустической антенны 16, излучающей и принимающей гидроакустические сигналы из верхнего полупространства. Через коммутатор приема- передачи 17, антенна 16 подключена к усилителю входных сигналов 18 и генератору сигналов 19, питание на которые подается от кабельной линии связи от устройства питания берегового поста. Принятые и усиленные усилителем 18 эхо-сигналы передаются по кабельной линии связи 8 в аппаратуру берегового поста 9 от каждого приемника на свой канал обработки, состоящий из набора частотных фильтров 10, где принятые сигналы разделяются по частоте. Затем сигналы каждой из частот поступают на стробирующие устройства 11, которые пропускают сигналы в устройство отображения только в течение времени от момента излучения до момента прихода сигнала, отраженного от поверхности моря на данной частоте. The barrier system consists of N receiving-emitting
Устройство отображения 12 представляет оператору принятые эхо-сигналы от всех N приемно-излучающих модулей, на всех рабочих частотах в каждом канале. Оператор при появлении эхо-сигнала в любом из каналов на любой частоте принимает решение об обнаружении и определяет номер канала, принявшего эхо-сигнал, и рабочую частоту, на которой данный сигнал принят. По номерам каналов и сочетанию частот определяется место нахождения обнаруженного объекта. Координаты точек расположения гидроакустических модулей на дне моря определяются при установке модулей. The display device 12 represents to the operator the received echo signals from all N receiving-emitting modules, at all operating frequencies in each channel. When an echo appears in any channel at any frequency, the operator decides to detect it and determines the number of the channel that received the echo and the operating frequency at which the signal was received. The channel numbers and the combination of frequencies determine the location of the detected object. The coordinates of the locations of the hydroacoustic modules at the bottom of the sea are determined when the modules are installed.
Для отсчета времени от начала излучения в устройство отображения 9 подаются синхронизирующие импульсы от синхронизирующего устройства 14. To count the time from the start of radiation, synchronizing pulses from the synchronizing
Питание аппаратуры берегового поста и приемно-излучающих гидроакустических модулей осуществляется от устройства питания 15. Устройство управления 13 осуществляет включение и выключение питания и управление работой системы. The power of the equipment of the coastal post and receiving-emitting hydroacoustic modules is carried out from the
Генератор 19 при приходе синхронизирующего импульса по кабельной линии связи 8 от устройства синхронизации 14 генерирует зондирующий сигнал, который через коммутатор приема-передачи 17 поступает на антенну 16 и излучается в море. The
В устройстве отображения 12 ведется также наблюдение за уровнем прямого сигнала, принятого на частотах соседних гидроакустических модулей, и, в случае изменения уровня, оператором делается вывод о пересечении объектом пространства между этими модулями вблизи дна. The display device 12 also monitors the level of the direct signal received at the frequencies of adjacent hydroacoustic modules, and, in the case of a level change, the operator concludes that the object intersects the space between these modules near the bottom.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99107404A RU2161319C1 (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Method for detection of underwater objects on sea bound in shallow sea |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99107404A RU2161319C1 (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Method for detection of underwater objects on sea bound in shallow sea |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2161319C1 true RU2161319C1 (en) | 2000-12-27 |
RU99107404A RU99107404A (en) | 2001-01-27 |
Family
ID=20218368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99107404A RU2161319C1 (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Method for detection of underwater objects on sea bound in shallow sea |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2161319C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488844C2 (en) * | 2010-06-18 | 2013-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Passive method and system for detecting objects moving in water |
RU2548937C1 (en) * | 2014-04-09 | 2015-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Специальное научно-производственное объединение "Элерон" (ФГУП "СНПО "Элерон") | System of objects guarding from water side with information direct transmission via border water-air |
RU2574169C1 (en) * | 2014-06-27 | 2016-02-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Hydroacoustic station for underwater situation monitoring |
RU2694795C1 (en) * | 2018-02-20 | 2019-07-16 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Bistatic method of detecting an underwater target and bistatic sonar |
-
1999
- 1999-03-31 RU RU99107404A patent/RU2161319C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488844C2 (en) * | 2010-06-18 | 2013-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Passive method and system for detecting objects moving in water |
RU2548937C1 (en) * | 2014-04-09 | 2015-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Специальное научно-производственное объединение "Элерон" (ФГУП "СНПО "Элерон") | System of objects guarding from water side with information direct transmission via border water-air |
RU2574169C1 (en) * | 2014-06-27 | 2016-02-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Hydroacoustic station for underwater situation monitoring |
RU2694795C1 (en) * | 2018-02-20 | 2019-07-16 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Bistatic method of detecting an underwater target and bistatic sonar |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101294493B1 (en) | Method and device for measuring a contour of the ground | |
US4075599A (en) | Undersea geophysical exploration | |
AU2014320438B2 (en) | System for detecting and locating submerged objects floating between two waters such as moored mines and associated method | |
RU2469346C1 (en) | Method of positioning underwater objects | |
RU2358289C1 (en) | Method and system of detecting objects during hydrolocation | |
RU2271551C2 (en) | Method for detecting underwater objects and device for realization of said method | |
EP2005212B1 (en) | Swimmer detection sonar network | |
Fillinger et al. | Towards a passive acoustic underwater system for protecting harbours against intruders | |
JP2009264965A (en) | Underwater sailing body and obstacle detection apparatus | |
RU2161319C1 (en) | Method for detection of underwater objects on sea bound in shallow sea | |
RU2626295C1 (en) | Automatic detection and classification system of short-range sonar | |
RU2460088C1 (en) | Method of detecting local object on background of distributed interference | |
RU2383899C1 (en) | Method and system for target acquisition in hydrolocation | |
US4972387A (en) | High information rate catacoustic system | |
RU2150123C1 (en) | Method for detection of intrusion of underwater object into monitored region of natural pool | |
EA035249B1 (en) | Detection system and method to check the position of a pipeline in a bed of a body of water | |
US4992786A (en) | Electrical conductor detector | |
RU2510608C1 (en) | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle | |
RU2548937C1 (en) | System of objects guarding from water side with information direct transmission via border water-air | |
US4060790A (en) | Method of detecting the presence of an enemy submarine | |
CN110967698A (en) | Unmanned ship mine detection system and method | |
JP2861803B2 (en) | Signal detection method | |
JPH10186048A (en) | Measuring method and device for buried object, structure of stratum, and nature of deposit | |
RU2797156C2 (en) | Method for acoustic localization of transponder network nodes for determining the position of a flexible extended towed antenna | |
RU2770564C1 (en) | Hydroacoustic complex for detecting a moving underwater sound source and measuring its coordinates |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090401 |