RU2168738C1 - Способ пеленгования источника излучения и антенная система для его реализации - Google Patents
Способ пеленгования источника излучения и антенная система для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2168738C1 RU2168738C1 RU99123611A RU99123611A RU2168738C1 RU 2168738 C1 RU2168738 C1 RU 2168738C1 RU 99123611 A RU99123611 A RU 99123611A RU 99123611 A RU99123611 A RU 99123611A RU 2168738 C1 RU2168738 C1 RU 2168738C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antennas
- bearing
- pair
- correlation
- bases
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Предлагаемый способ как объект изобретения заключается в том, что для определения пеленга на источник широкополосного шума в качестве приемной антенной системы пеленгатора используют приемные ненаправленные (или слабонаправленные) антенны, расположенные в определенных точках плоскости антенны так, что различные парные комбинации антенн образуют набор баз пеленгаторов с равномерным шагом ориентации по азимуту в требуемом диапазоне углов измерения пеленга. При этом размеры баз пеленгаторов, образуемых парами антенн, не должны существенно различаться. Сигналы антенной системы фильтруют так, чтобы обеспечить корреляцию излучений, принятых парой антенн с ориентацией базы, наиболее близкой к направлению на источник. Вычисляют коэффициенты корреляции излучений для всех пар антенн с различной ориентацией по азимуту и по номеру пары антенн с наибольшим коэффициентом корреляции определяют "грубую" оценку пеленга на источник излучения. Для уточнения оценки пеленга вычисляют задержку максимума взаимной временной корреляционной функции излучений, принятых парой антенн, соответствующей "грубому" пеленгу. Предлагаемая для реализации данного способа антенная система представляет собой две ненаправленные или слабонаправленные антенны, расположенные по окружности так, что парные комбинации этих антенн образуют полный набор баз пеленгаторов с равномерным шагом ориентации по азимуту, равным π/32, в диапазоне углов 0-π. При этом отношение минимального размера базы к максимальному составляет ~ 0,71. 2 с.п.ф-лы. 2 табл. 1 ил.
Description
Изобретение относится к способу определения пеленга источника излучения широкополосного шума.
Преимущественная область использования разработанного способа - гидроакустическая шумопеленгация источника излучения в мелком море с плоским горизонтальным генеральным рельефом дна.
Особенно актуален способ в случае, когда горизонтальная дальность R от пеленгатора до источника излучения много больше глубины моря. При этом в точках приема присутствует излучение источника, отраженное от границ среды (поверхность-дно), а прямой луч может отсутствовать из-за явления рефракции, вызванного изменением скорости звука C(z) по глубине z.
Аналоги разработанного способа в настоящее время по результатам проведенного поиска отсутствуют.
За прототип выбран известный способ пеленгования источника излучения, в котором пеленг находят с помощью определения временной задержки максимума взаимной корреляционной функции сигналов, принимаемых от источника двумя горизонтально разнесенными ненаправленными или слабонаправленными антеннами. Пеленг Φ на источник излучения находится по формуле
где Δτ - временная задержка максимума взаимной корреляционной функции излучения, принятого разнесенными антеннами пеленгатора,
D - база пеленгатора,
C - скорость звука на глубине размещения антенн пеленгатора,
θ - угол места источника.
где Δτ - временная задержка максимума взаимной корреляционной функции излучения, принятого разнесенными антеннами пеленгатора,
D - база пеленгатора,
C - скорость звука на глубине размещения антенн пеленгатора,
θ - угол места источника.
К очевидным недостаткам прототипа следует отнести: необходимость знания угла места θ источника излучения и скорости звука C в точке приема; нелинейный характер зависимости Φ от Δτ.
Однако в условиях мелкого моря (когда горизонтальная дальность до источника излучения R много больше глубины моря H) недостатки способа-прототипа становятся более существенными. В этом случае акустическое поле в точках размещения приемных антенн пеленгатора представляет собой совокупность сигналов, принятых от источника излучения по разным лучам (прямой луч, отраженный от поверхности, отраженный от дна, отраженный от поверхности и дна и т. д. ). Иными словами, антенны пеленгатора принимают излучение не только от реального источника, но и от его отражений, "мнимых" источников, имеющих разные углы места θk Временная задержка лучей, принятых разнесенными антеннами от k-источника излучения, равна:
где t1k, t2k - время распространения от k источника до 1 и 2 антенн;
θk - угол места k-источника;
Φ - азимут источника излучения (угол между азимутом направления на источник излучения и плоскостью нулевых задержек пеленгатора Φ = 0).
В общем случае при Φ ≠ 0 взаимная корреляционная функция сигналов, принятых разнесенными антеннами пеленгатора по разным лучам, содержит несколько слабых локальных корреляционных максимумов при разных Δτk, что объясняется существенным отличием θk для разных "мнимых" источников.
где t1k, t2k - время распространения от k источника до 1 и 2 антенн;
θk - угол места k-источника;
Φ - азимут источника излучения (угол между азимутом направления на источник излучения и плоскостью нулевых задержек пеленгатора Φ = 0).
В общем случае при Φ ≠ 0 взаимная корреляционная функция сигналов, принятых разнесенными антеннами пеленгатора по разным лучам, содержит несколько слабых локальных корреляционных максимумов при разных Δτk, что объясняется существенным отличием θk для разных "мнимых" источников.
На больших расстояниях, когда уровень шумов моря сравним с уровнем шума источника излучения, из-за малости локальных максимумов в условиях помех возможны захваты за ложные максимумы взаимной корреляционной функции и смещение оценки пеленга, вызванные шумовыми флуктуациями и наложением друг на друга локальных максимумов взаимных корреляций одноименных лучей и их комбинаций.
При уменьшении угла Φ(Φ→0) локальные максимумы взаимной корреляционной функции, соответствующие разным "мнимым" источникам, приближаясь к области нулевых временных задержек, начинают сливаться в мощный единый корреляционный всплеск. Этот эффект и положен в основу предлагаемого способа пеленгования.
Предлагаемый способ направлен на решение задачи повышения помехоустойчивости и точности пеленгования источников широкополосного излучения в условиях мелкого моря с ровным горизонтальным дном.
Существенными и отличительными признаками способа являются:
- наличие антенной системы из нескольких ненаправленных или слабонаправленных антенн, парные комбинации которых образуют полный набор баз пеленгаторов с изменяющейся с равномерным шагом ориентацией по азимуту в требуемом диапазоне измерения азимутальных углов;
- определение грубой оценки пеленга по номеру пары антенн с наибольшим коэффициентом корреляции принятых сигналов;
- уточнение пеленга по местоположению максимума взаимной корреляционной функции сигналов, принятых парой антенн с максимальным коэффициентом корреляции.
- наличие антенной системы из нескольких ненаправленных или слабонаправленных антенн, парные комбинации которых образуют полный набор баз пеленгаторов с изменяющейся с равномерным шагом ориентацией по азимуту в требуемом диапазоне измерения азимутальных углов;
- определение грубой оценки пеленга по номеру пары антенн с наибольшим коэффициентом корреляции принятых сигналов;
- уточнение пеленга по местоположению максимума взаимной корреляционной функции сигналов, принятых парой антенн с максимальным коэффициентом корреляции.
Эффект повышения помехоустойчивости и точности пеленгования достигается за счет объединения в области нулевых временных задержек всплесков взаимных корреляционных функций сигналов, принятых по прямому и отраженным от горизонтальных границ среды лучам, в антенной паре, ориентированной на источник.
Основной технический результат, указанного выше способа состоит в следующем.
1. Значительно упрощается процедура вычисления пеленга, особенно в случае, когда оказывается достаточно "грубой" оценки пеленга.
2. Обеспечивается ориентация антенной базы пеленгатора на источник излучения и тем самым повышается коэффициент корреляции сигналов антенн пеленгатора и, следовательно, помехоустойчивость пеленгования в условиях "мелкого" моря.
На чертеже приведена антенная система из 12 элементов, предназначенная для реализации предлагаемого способа пеленгования.
Сущность разработанного способа как объекта изобретения состоит в следующем.
1) В качестве приемной антенной системы пеленгатора используют систему приемных ненаправленных (или слабонаправленных) антенн, расположенных в определенных точках плоскости антенны так, что M различных парных комбинаций антенн образуют полный набор баз пеленгаторов с равномерным шагом ориентации по азимуту, равным πM в диапазоне углов 0-π. При этом размеры баз Dk пеленгаторов, образуемых k-парами (i, j) антенн, не должны существенно различаться.
2) Сигналы антенной системы фильтруют так, чтобы обеспечить корреляцию излучении, принятых парой антенн с ориентацией базы, наиболее близкой к направлению на источник.
3) Вычисляют коэффициенты корреляции излучений для всех M пар антенн с различной ориентацией по азимуту и по номеру k пары антенн с наибольшим коэффициентом корреляции определяют "грубую" оценку пеленга на источник излучения. "Грубая" оценка пеленга находится по формуле
4) Для уточнения оценки пеленга вычисляют задержку Δkτ = ti-tj максимума взаимной временной корреляционной функции излучений, принятых k-парой (i,j) антенн, соответствующей "грубому" пеленгу. "Точную" оценку пеленга определяют по формуле
Приведенная на чертеже антенная система состоит из 12 гидрофонов (L = 12) и образует M = 32 пары пеленгаторов с шагом π/32 ориентации по азимуту. В таблице 1 приведены координаты размещения гидрофонов по окружности в горизонтальной плоскости. Порядковые номера направлений k и соответствующие им парные комбинации (i, j) антенн приведены в таблице 2. Там же приведен нормированный размер баз пеленгаторов Bk = Dk/D, образуемых соответствующими парами антенн.
4) Для уточнения оценки пеленга вычисляют задержку Δkτ = ti-tj максимума взаимной временной корреляционной функции излучений, принятых k-парой (i,j) антенн, соответствующей "грубому" пеленгу. "Точную" оценку пеленга определяют по формуле
Приведенная на чертеже антенная система состоит из 12 гидрофонов (L = 12) и образует M = 32 пары пеленгаторов с шагом π/32 ориентации по азимуту. В таблице 1 приведены координаты размещения гидрофонов по окружности в горизонтальной плоскости. Порядковые номера направлений k и соответствующие им парные комбинации (i, j) антенн приведены в таблице 2. Там же приведен нормированный размер баз пеленгаторов Bk = Dk/D, образуемых соответствующими парами антенн.
Такая антенная система обеспечивает наличие одной пары гидрофонов с базой, ориентированной на источник излучения с погрешностью δΦгр ≅ π/64 ≈ 0,05 рад.
При D = 3 м задержки Δτk лучей, принятых от k-источников излучения ориентированной на них парой гидрофонов, будут ограничены величиной
Корреляция излучений, принятых ориентированной на источник парой гидрофонов, обеспечивается фильтрацией сигналов так, чтобы τкорр > Δτk ≈ 10-4 с.
Обычно в мелком море основную долю энергии сигнала в точке приема составляют лучи от мнимых источников с углами скольжения θ ≅ 0,5 (из-за резкого спада коэффициента отражения от дна при θ > 0,5). Следовательно, 0,87 < cosθk < 1 и разброс временных задержек Δτk для ориентированной пары не превышает величины
δτ < 0,13•10-4c,
т. е. значительно меньше интервала корреляции τкорр,/ что приводит к объединению корреляционных максимумов взаимных корреляционных функций сигналов от реального и "мнимых" источников в один. Измерение временной задержки Δkτ этого максимума и позволяет вычислить "точную" оценку пеленга в соответствии с формулой (4).
При D = 3 м задержки Δτk лучей, принятых от k-источников излучения ориентированной на них парой гидрофонов, будут ограничены величиной
Корреляция излучений, принятых ориентированной на источник парой гидрофонов, обеспечивается фильтрацией сигналов так, чтобы τкорр > Δτk ≈ 10-4 с.
Обычно в мелком море основную долю энергии сигнала в точке приема составляют лучи от мнимых источников с углами скольжения θ ≅ 0,5 (из-за резкого спада коэффициента отражения от дна при θ > 0,5). Следовательно, 0,87 < cosθk < 1 и разброс временных задержек Δτk для ориентированной пары не превышает величины
δτ < 0,13•10-4c,
т. е. значительно меньше интервала корреляции τкорр,/ что приводит к объединению корреляционных максимумов взаимных корреляционных функций сигналов от реального и "мнимых" источников в один. Измерение временной задержки Δkτ этого максимума и позволяет вычислить "точную" оценку пеленга в соответствии с формулой (4).
Claims (2)
1. Способ пеленгования источника широкополосного излучения по взаимно корреляционной функции сигналов, принятых системой разнесенных ненаправленных антенн пеленгаторов, отличающийся тем, что парные комбинации антенн системы разнесенных ненаправленных антенн образуют набор баз пеленгаторов с ориентацией по азимуту, изменяющейся с равномерным шагом в требуемом диапазоне углов измерения пеленга, сигналы, принятые системой разнесенных ненаправленных антенн пеленгаторов, фильтруют так, чтобы обеспечить корреляцию сигналов, принятых парой антенн, указанной системы, имеющих ориентацию базы, наиболее близкую к направлению на источник широкополосного излучения, затем для всех пар антенн системы разнесенных ненаправленных антенн вычисляют коэффициенты корреляции сигналов и по номеру пары антенн с наибольшим коэффициентом корреляции определяют "грубую" оценку пеленга на источник широкополосного излучения, а в случае необходимости уточнения оценки пеленга для пары антенн, соответствующей "грубому" пеленгу, вычисляют задержку максимума взаимно корреляционной функции принятых сигналов, по которой находят поправку к "грубой" оценке пеленга.
2. Система разнесенных ненаправленных антенн пеленгатора, предназначенная для реализации описанного выше способа, отличающаяся тем, что двенадцать ненаправленных антенн расположены по окружности так, что парные комбинации этих антенн образуют набор примерно одинаковых по длине баз пеленгаторов с равномерным шагом ориентации по азимуту, равным π/32, в диапазоне углов от 0 до π.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99123611A RU2168738C1 (ru) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | Способ пеленгования источника излучения и антенная система для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99123611A RU2168738C1 (ru) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | Способ пеленгования источника излучения и антенная система для его реализации |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2168738C1 true RU2168738C1 (ru) | 2001-06-10 |
Family
ID=20226776
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99123611A RU2168738C1 (ru) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | Способ пеленгования источника излучения и антенная система для его реализации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2168738C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2474836C1 (ru) * | 2011-07-20 | 2013-02-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН (ИПМТ ДВО РАН) | Гидроакустический комплекс для измерения азимутального угла на источник звука в мелком море |
RU2476899C1 (ru) * | 2011-10-03 | 2013-02-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН (ИПМТ ДВО РАН) | Гидроакустический комплекс для измерения азимутального угла и горизонта источника звука в мелком море |
RU2537472C1 (ru) * | 2013-06-26 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося заглубленного источника звука и измерения его координат в мелком море |
-
1999
- 1999-11-09 RU RU99123611A patent/RU2168738C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
НОВИКОВ А.К. Корреляционные измерения в корабельной акустике. - Л.: Судостроение, 1971, с. 191 - 193. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2474836C1 (ru) * | 2011-07-20 | 2013-02-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН (ИПМТ ДВО РАН) | Гидроакустический комплекс для измерения азимутального угла на источник звука в мелком море |
RU2476899C1 (ru) * | 2011-10-03 | 2013-02-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН (ИПМТ ДВО РАН) | Гидроакустический комплекс для измерения азимутального угла и горизонта источника звука в мелком море |
RU2537472C1 (ru) * | 2013-06-26 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося заглубленного источника звука и измерения его координат в мелком море |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9939522B2 (en) | Systems and methods for 4-dimensional radar tracking | |
EP0619024B1 (en) | Correlation sonar system | |
ES2701326T3 (es) | Anulación de interferencias de señales multitrayectoria en un radar de impulsos de haces apilados | |
US5615175A (en) | Passive direction finding device | |
CN108828522A (zh) | 一种利用垂直阵lcmv波束形成的水下目标辐射噪声测量方法 | |
RU2602732C1 (ru) | Способ пассивного определения координат шумящего в море объекта | |
Ahmed et al. | Estimation of time difference of arrival (TDoA) for the source radiates BPSK signal | |
RU2704029C1 (ru) | Временной способ определения дальности до сканирующего источника радиоизлучения без измерения пеленга | |
Yang et al. | Analysis on the characteristic of cross-correlated field and its potential application on source localization in deep water | |
CN101907708A (zh) | 目标回波亮点测量方法 | |
RU2275649C2 (ru) | Способ местоопределения источников радиоизлучения и пассивная радиолокационная станция, используемая при реализации этого способа | |
RU2350983C2 (ru) | Способ определения глубины погружения объекта | |
CN113960530A (zh) | 一种基于直达波和海面反射波到达角的声源被动定位方法 | |
RU2168738C1 (ru) | Способ пеленгования источника излучения и антенная система для его реализации | |
RU2626295C1 (ru) | Система автоматического обнаружения и классификации гидролокатора ближнего действия | |
RU2208811C2 (ru) | Способ получения информации о шумящих в море объектах | |
RU2330304C1 (ru) | Фазовый пеленгатор | |
Yuan | Direction-finding with a misoriented acoustic vector sensor | |
Kreczmer | Azimuth angle determination for the arrival direction for an ultrasonic echo signal | |
US20060083110A1 (en) | Ambient bistatic echo ranging system and method | |
CN108919176A (zh) | 一种单矢量传感器增秩music测向技术 | |
Cable et al. | Reverberation-derived shallow-water bottom scattering strength | |
Titchenko et al. | Measurements of the sea surface parameters using a new modification of underwater sonar on a marine platform in the Black Sea | |
Titchenko et al. | Sub-satellite validation using ultrasonic wave gauge: In-situ measurements of surface waves slope variance and other parameters of surface waves | |
RU2745108C1 (ru) | Способ определения разности расстояний до постановщика многократной ответно-импульсной помехи в активно-пассивной многопозиционной радиолокационной системе |