RU2190237C2 - Reception channel of sonar with uniform linear array resolving the ambiguity of determination of direction of signal arrival - Google Patents
Reception channel of sonar with uniform linear array resolving the ambiguity of determination of direction of signal arrival Download PDFInfo
- Publication number
- RU2190237C2 RU2190237C2 RU2000129540A RU2000129540A RU2190237C2 RU 2190237 C2 RU2190237 C2 RU 2190237C2 RU 2000129540 A RU2000129540 A RU 2000129540A RU 2000129540 A RU2000129540 A RU 2000129540A RU 2190237 C2 RU2190237 C2 RU 2190237C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- hydrophones
- group
- outputs
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в стационарных и корабельных гидроакустических комплексах (ГАК), в том числе в ГАК с гибкими линейными антеннами, буксируемыми за кораблем-носителем. The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in stationary and ship hydroacoustic complexes (SAC), including in the SAC with flexible linear antennas towed behind the carrier ship.
Опыт эксплуатации гидроакустических станций (ГАС) кораблей с буксируемыми линейными антеннами указывает на актуальность решения проблемной задачи раздельной пространственной фильтрации первичных (при шумопеленговании) и вторичных (при эхолокации) акустических полей объектов, находящихся в противоположных полупространствах относительно антенны. The operational experience of sonar stations (HAS) of ships with towed linear antennas indicates the urgency of solving the problem of separate spatial filtering of the primary (when noise direction finding) and secondary (when echolocation) acoustic fields of objects located in opposite half-spaces relative to the antenna.
Следует отметить существенную особенность ГАС, использующих линейные антенны. Этот класс приемных антенн, широко использующийся в гидроакустических системах, не позволяет осуществить раздельную пространственную фильтрацию акустических полей объектов, находящихся с обеих сторон относительно приемной антенны, без применения специальных мер. На индикаторах таких ГАС отображается информация, совмещенная с двух полупространств. При этом отсутствует принципиальная возможность в реальном масштабе времени определять истинные координаты объектов. It should be noted a significant feature of HAS using linear antennas. This class of receiving antennas, which is widely used in sonar systems, does not allow separate spatial filtering of the acoustic fields of objects located on both sides relative to the receiving antenna without special measures. On the indicators of such GAS information is displayed, combined with two half-spaces. Moreover, there is no fundamental possibility in real time to determine the true coordinates of objects.
Специальные маневрирования, которые вынуждены выполнять корабли, буксирующие приемные однорядные антенны (см. патент [1]), только в самых простейших ситуациях позволяют решить эту задачу. Однако выполнение маневрирования связано не только с временными затратами, но и с появлением крайне нежелательных факторов, снижающих эффективность ГАС. Special maneuvers, which are forced to perform ships towing receiving single-row antennas (see patent [1]), only in the simplest situations allow solving this problem. However, the performance of maneuvering is associated not only with time costs, but also with the appearance of extremely undesirable factors that reduce the effectiveness of the GAS.
В настоящее время прилагаются значительные усилия для решения задачи раздельной пространственной фильтрации (определения левый-правый борт) объектов. Currently, significant efforts are being made to solve the problem of separate spatial filtering (determining the left-right side) of objects.
Так в патенте [1] на "Способ приема сигналов с устранением неоднозначности с использованием линейной акустической антенны" рассматривается обзор пространства при маневрировании носителя с помощью линейной антенны, которая перемещается по "деформированной" траектории типа "змейка", что приводит к изменению положения сформированного пространственного канала (ПК), в котором наблюдается сигнал. По углу отклонения этого ПК определяется направление на источник сигналов. So in the patent [1] on “A method of receiving signals with the elimination of ambiguity using a linear acoustic antenna”, an overview of space is considered when maneuvering a medium using a linear antenna that moves along a “deformed” snake-like path, which leads to a change in the position of the generated spatial channel (PC) in which the signal is observed. The deviation angle of this PC determines the direction to the signal source.
К существенным недостаткам метода можно отнести следующее:
- решение задачи возможно в простейших помехо-сигнальных ситуациях, т.е. при небольшом количестве объектов в зоне действия ГАС;
- при выполнении специального маневрирования (деформация прямолинейной траектории движения) повышается уровень гидродинамических помех на буксируемой антенне, что приводит к потере контактов по пороговым сигналам;
- затрачивается дополнительное время на выполнение специального маневрирования, что в определенных ситуациях может быть крайне нежелательным фактором.Significant disadvantages of the method include the following:
- the solution to the problem is possible in the simplest jamming situations, i.e. with a small number of objects in the area of the CEO;
- when performing special maneuvering (deformation of a rectilinear motion path), the level of hydrodynamic interference on the towed antenna increases, which leads to the loss of contacts on threshold signals;
- additional time is spent on performing special maneuvering, which in certain situations can be an extremely undesirable factor.
Для решения задачи разделения объектов левого-правого борта привлекается также активный метод. Так французская фирма Thomson Sintra ASM [2] разработала корабельную ГАС SLASM, в которую для решения рассматриваемой задачи входят буксируемая протяженная приемная антенна и две излучающие антенны (по правому и левому бортам), которые работают на разных, но близких частотах. Незначительное различие в излучаемых частотах с левого и правого бортов позволяет идентифицировать отраженные сигналы и тем самым решить проблему неопределенности по бортам. An active method is also used to solve the problem of separating port and port objects. So, the French company Thomson Sintra ASM [2] developed the ship's GAS SLASM, which for solving the problem under consideration includes a towed long receiving antenna and two radiating antennas (on the starboard and port side), which operate at different but close frequencies. A slight difference in the emitted frequencies from the left and right sides allows you to identify the reflected signals and thereby solve the problem of uncertainty on the sides.
К недостаткам рассмотренной системы можно отнести следующие факторы:
- работа обеспечивается только в режиме эхолокации;
- создание однонаправленных (в одно полупространство) излучателей в области низких звуковых частот для рассматриваемой задачи, является сложной технической проблемой.The disadvantages of the considered system include the following factors:
- work is provided only in echolocation mode;
- the creation of unidirectional (in one half-space) emitters in the field of low sound frequencies for the problem under consideration is a complex technical problem.
В патенте США [3] предложено техническое решение проблемы устранения неоднозначности (фильтрации сигналов на два полупространства) в виде линейной антенны гидрофонов, состоящей из трех параллельных рядов (триплетные гидрофоны), разнесенных от центра антенны на 1/3 длины волны, соответствующей центральной частоте рабочего диапазона. Плотность заполнителя среднего ряда антенны больше общей плотности заполнителя двух других рядов, что уменьшает возможность поворотов антенны вокруг продольной оси при буксировке. Три ряда в сечении образуют равносторонний треугольник в антенне. US patent [3] proposes a technical solution to the problem of eliminating ambiguity (filtering signals into two half-spaces) in the form of a linear antenna of hydrophones, consisting of three parallel rows (triplet hydrophones), separated from the center of the antenna by 1/3 of the wavelength corresponding to the center frequency of the working range. The density of the aggregate of the middle row of the antenna is higher than the total density of the aggregate of the other two rows, which reduces the possibility of rotation of the antenna around the longitudinal axis when towing. Three rows in cross section form an equilateral triangle in the antenna.
По трем рядам гидрофонов формируется три одинаковых статических веера характеристик направленности (XН). В каждой из трех одноименных ХН вводится в специальном блоке сдвиг фазы (или временная задержка), обеспечивающий компенсацию набега фазы (или задержки) из-за разности хода сигнала между приемниками крайних рядов и центральным (нижним) рядом. Компенсация обеспечивается для двух альтернатив прихода сигнала: с правого или левого борта. Затем производится суммирование трех компенсированных ХН для двух альтернатив прихода сигнала. При этом правильно скомпенсированные ХН (для истинной альтернативы прихода сигнала) суммируются, а для ложной - вычитаются. Three identical static fans of directional characteristics (XH) are formed in three rows of hydrophones. In each of the three HNs of the same name, a phase shift (or time delay) is introduced in a special unit to compensate for phase incursion (or delay) due to the difference in the signal path between the end-row receivers and the central (lower) row. Compensation is provided for two alternatives of signal arrival: from the starboard or port side. Then the sum of the three compensated CNs is made for two alternatives of the signal arrival. In this case, correctly compensated CNs (for the true alternative to the signal arrival) are summed up, and for the false alternative, they are subtracted.
Таким образом, сторона прихода сигнала определяется по его амплитуде по двум каналам компенсации ХН. Thus, the arrival side of the signal is determined by its amplitude from two channels of compensation of XI.
Предусмотрена возможность учета поворота антенны вокруг продольной оси, для этого в линейную антенну встроены датчики угла вращения. Их показания учитываются при выработке компенсационных фазовых множителей. It is possible to take into account the rotation of the antenna around the longitudinal axis; for this, rotation angle sensors are built into the linear antenna. Their readings are taken into account in the development of compensation phase factors.
К недостаткам системы следует отнести:
- сложность реализации, т.к. предполагается наличие трех рядов гидрофонов в системе;
- сложность компенсации разности хода сигнала для различных направлений статического веера ХН;
- возможность полной компенсации (с нулевым пространственным коэффициентом передачи) только для центральной частоты рабочего диапазона.The disadvantages of the system include:
- complexity of implementation, as the presence of three rows of hydrophones in the system is assumed;
- the complexity of compensating the difference in the signal path for different directions of the static fan XN;
- the possibility of full compensation (with zero spatial transmission coefficient) only for the central frequency of the working range.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является приемный тракт ГАС с линейной буксируемой антенной по патенту США [4]. The closest in technical essence to the proposed invention is the receiving path of the GAS with a linear towed antenna according to the US patent [4].
Изобретение предусматривает наличие в приемном тракте ГАС буксируемой антенны, включающей группу ненаправленных гидрофонов, равномерно размещенных по всей длине антенны, а также блок ненаправленных гидрофонов, состоящий из первого и второго дополнительных преобразователей, каждый из которых включает в себя совокупность малых гидрофонов, а их суммарный выход рассматривается как выход одного из двух дополнительных преобразователей. Малые гидрофоны, образующие дополнительные преобразователи, размещены параллельно и симметрично относительно основных гидрофонов на ограниченной длине противоположных сторон внутренней стенки (оболочки) буксируемой антенны. The invention provides for the presence of a towed antenna in the GAS receiving path, including a group of omnidirectional hydrophones evenly spaced along the entire length of the antenna, as well as a block of omnidirectional hydrophones, consisting of the first and second additional transducers, each of which includes a set of small hydrophones, and their total output considered as the output of one of two additional converters. Small hydrophones forming additional transducers are placed in parallel and symmetrically with respect to the main hydrophones on a limited length of the opposite sides of the inner wall (shell) of the towed antenna.
На базе группы ненаправленных гидрофонов, равномерно распределенных по всей длине антенны, с помощью первой М канальной системы формирования характеристик направленности (СФХН) образуется статический веер характеристик направленности. On the basis of a group of omnidirectional hydrophones uniformly distributed over the entire length of the antenna, a static fan of directional characteristics is formed using the first M channel system for the formation of directional characteristics (SPS).
На базе двух дополнительных преобразователей с помощью второй двухканальной СФХН формируются две характеристики направленности в форме кардиоиды с ориентацией их в противоположные полупространства (в сторону левого и правого бортов). Первый М канальный и второй двухканальный фильтры рабочих частот обеспечивают фильтрацию сигналов соответственно по выходу первой и второй СФХН. Формирование М пространственных каналов правого борта путем перемножения ХН статического веера на кардиоидные ХН дополнительных преобразователей и М каналов левого борта по выходу 2М интеграторов обеспечивается с помощью 2М перемножителей. On the basis of two additional converters with the help of the second two-channel SPS, two directional characteristics are formed in the form of a cardioid with their orientation in opposite half-spaces (towards the left and right sides). The first M channel and second two-channel filters of operating frequencies provide filtering of the signals, respectively, at the output of the first and second SPSH. The formation of M spatial channels of the starboard side by multiplying the CN of a static fan by cardioid CN of additional transducers and M channels of the left side by the output of 2M integrators is provided using 2M multipliers.
К недостаткам устройства-прототипа относится:
- недостаточное экранирование кардиоидными приемниками акустических полей с тыльного полупространства (фиг.4г), что при отношениях сигнал/помеха больше порогового не позволяет достоверно разделить объекты левого-правого борта (фиг.4а) и требует проведения дополнительных алгоритмических процедур, как правило, приводящих к нежелательным эффектам;
- низкая помехоустойчивость пространственных каналов левого и правого бортов, т.к. кардиоидные приемники расположены на небольшой части длины буксируемой антенны, образованной основной группой ненаправленных гидрофонов.The disadvantages of the prototype device include:
- insufficient shielding of acoustic fields from the rear half-space by cardioid receivers (Fig. 4d), which, when the signal / noise ratio is greater than the threshold, does not allow for reliable separation of port and starboard objects (Fig. 4a) and requires additional algorithmic procedures, usually leading to unwanted effects;
- low noise immunity of the spatial channels of the left and right sides, because cardioid receivers are located on a small part of the length of the towed antenna formed by the main group of omnidirectional hydrophones.
Задачей данного изобретения является создание приемного тракта ГАС с линейной антенной, обеспечивающего в реальном масштабе времени повышение достоверности и помехоустойчивости при определении истинного направления прихода сигналов с полупространств (левый или правый борт, передний или тыльный сектор обзора) при полном использовании волнового размера антенны. The objective of the invention is to provide a GAS receiving path with a linear antenna that provides real-time increase in reliability and noise immunity when determining the true direction of arrival of signals from half-spaces (left or right side, front or rear viewing sector) with full use of the wave size of the antenna.
Для решения поставленной задачи в приемный тракт гидроакустической станции с линейной антенной, устраняющий неоднозначность определения направления прихода сигнала, содержащий первую группу ненаправленных гидрофонов, равномерно размещенных по длине линейной антенны, выходы которых через соответствующие каналы первой М канальной системы формирования характеристик направленности соединены со входами первого М канального фильтра рабочих частот, блок ненаправленных гидрофонов, вторую систему формирования характеристик направленности, второй фильтр рабочих частот, 2М перемножителей и 2М интеграторов, введены новые признаки, а именно: блок ненаправленных гидрофонов выполнен в виде второй группы ненаправленных гидрофонов, идентичной первой группе ненаправленных гидрофонов, равномерно размещенных по длине линейной антенны, установленной параллельно первой группе ненаправленных гидрофонов на расстоянии 1<0,5λв от нее, где λв - длина волны в воде на верхней частоте рабочего диапазона частот, вторая система формирования характеристик направленности и второй фильтр рабочих частот выполнены М канальными идентичными первым соответственно, в приемный тракт гидроакустической станции введены М фазосдвигающих на π/2 цепей и блок разделения сигналов по знаковому признаку, имеющий М входов и 2М выходов, при этом каждая пара выходов 1 и l', . ...L и L', М и М' первого и второго М канальных фильтров через фазосдвигающую на π/2 цепь соединена с соответствующими входами 1,....L,M перемножителя, а выход каждого из М перемножителей через соответствующий интегратор соединен с соответствующим входом блока разделения сигналов по знаковому признаку.To solve this problem, in the receiving path of a hydroacoustic station with a linear antenna, which eliminates the ambiguity of determining the direction of arrival of the signal, containing the first group of omnidirectional hydrophones evenly spaced along the length of the linear antenna, the outputs of which are connected through the channels of the first M channel system for generating directivity characteristics with the inputs of the first M channel operating frequency filter, block of omnidirectional hydrophones, the second directional characteristic formation system Ti, the second filter of operating frequencies, 2M multipliers and 2M integrators, new features have been introduced, namely: the block of omnidirectional hydrophones is made in the form of a second group of omnidirectional hydrophones, identical to the first group of omnidirectional hydrophones, evenly spaced along the length of a linear antenna installed parallel to the first group of omnidirectional hydrophones at 1 <0,5λ in from it where λ in - the wavelength in water at the upper frequency operating band, the second system for forming directional characteristics and a second filter servant sneeze M channel frequencies are made identical, respectively, first, into the receiving channel sonar M phase shifting introduced at π / 2, and unit circuits for signal separation landmark feature having M inputs and 2M outputs, each pair of
Предлагаемая структура приемного тракта гидроакустической станции позволяет достичь следующих технических результатов:
- обеспечивается решение в реальном масштабе времени с повышенной достоверностью основной задачи по разделению акустических полей объектов, находящихся в противоположных полупространствах относительно приемной антенны;
- обеспечивается возможность индикаторного наблюдения в более широких секторах обзора отдельно левого и правого бортов;
- повышается помехозащищенность всех ПК [от собственного шумоизлучения буксировщика антенны];
- повышается эффективность дальнейшей обработки сигналов, т.е. повышается достоверность индикаторного представления информации и увеличивается информативность вторичной обработки, в том числе, за счет устранения ложных пересечений трасс (эффект, обусловленный суммированием акустических полей двух полупространств);
- устраняется (по результатам теоретических исследований) необходимость проведения сложной и далеко не всегда эффективной процедуры центрирования индикаторного процесса в акустических полях помехи, близких к изотропным.The proposed structure of the receiving path of the sonar station allows you to achieve the following technical results:
- provides a real-time solution with increased reliability of the main task of separating the acoustic fields of objects located in opposite half-spaces relative to the receiving antenna;
- provides the possibility of indicator observation in wider sectors of the review separately left and right sides;
- increased noise immunity of all PCs [from the own noise emission of the antenna towing];
- the efficiency of further signal processing, i.e. the reliability of the indicator presentation of information increases and the information content of the secondary processing increases, including by eliminating false intersections of tracks (the effect due to the summation of the acoustic fields of two half-spaces);
- eliminates (according to the results of theoretical studies) the need for a complex and far from always effective procedure for centering the indicator process in acoustic noise fields close to isotropic.
Это достигается тем, что за один цикл съема сигналов с выхода интеграторов формируется два сигнальных массива, один из которых характеризует сигналы левого борта, а второй - сигналы правого борта. Кроме того, эта задача решается с помощью всех приемников антенны. This is achieved by the fact that in one cycle of picking up signals from the output of the integrators, two signal arrays are formed, one of which characterizes the signals of the port side, and the second - signals of the port side. In addition, this problem is solved with the help of all antenna receivers.
Сущность изобретения поясняется фиг.1-4, где: на фиг.1 изображена структура предлагаемого приемного траста гидроакустической станции, устраняющая неоднозначность определения направления прихода сигнала. The invention is illustrated figure 1-4, where: figure 1 shows the structure of the proposed receiving trust sonar station, eliminating the ambiguity of determining the direction of arrival of the signal.
На фиг.2 изображены XН двух сформированных симметричных относительно антенны ПК (левого-правого борта) с разнознаковыми коэффициентами пространственной передачи по выходу К-го интегратора. Figure 2 shows the XH of two formed symmetrical relative to the PC antenna (left-right side) with different-sign spatial transmission coefficients at the output of the K-th integrator.
На фиг. 3 изображены в трехмерной системе координат XН пространственных каналов нового приемного тракта ГАС с двухрядной линейной антенной. In FIG. 3 are shown in a three-dimensional coordinate system XH of the spatial channels of the new GAS receiving path with a two-row linear antenna.
На фиг. 4 представлены результаты моделирования - индикаторные картинки для приемного тракта по патенту - прототипу [4] с XН и новой структуры приемного тракта ГАС в одинаковых помехо-сигнальных ситуациях. In FIG. 4 presents the simulation results - indicator pictures for the receiving path according to the patent - prototype [4] with XH and the new structure of the HAS receiving path in the same interference-signal situations.
В состав приемного тракта ГАС (фиг.1) входит линейная приемная антенна 1, состоящая из первой 1а и второй 1б параллельных идентичных групп ненаправленных гидрофонов, равномерно размещенных по длине антенны. Первая и вторая группы гидрофонов разнесены на расстоянии 1<λв/2, где λв - длина волны в воде для верхней частоты рабочего диапазона. Соответствующие выходы первой группы гидрофонов соединены с одноименными входами первой СФХН 2, а выходы второй группы гидрофонов - с одноименными входами второй СФХН 2. Далее пара одноименных выходов 1 и 1',..., L и L',....M и М' с СФХН 2 и 2' соединена с соответствующими входами двух М канальных фильтров рабочих частот 3 и 3'. Выходы (l',...L',...M') второго М канального фильтра 3' через фазосдвигающие цепи 4 и выходы (1,...L,...M) первого М канального фильтра 3 соединены с соответствующими входами 1,...L,...M перемножителей 5, а выход каждого из М перемножителей через соответствующий интегратор 6 соединен с соответствующим входом блока разделения сигналов (БРС) по знаковому признаку 7. С блока БРС сигналы раздельно поступают на индикаторы левого и правого бортов (на фиг.1 индикаторы не указаны). В качестве индикаторов могут быть использованы любые индикаторы или рекордеры, используемые в гидроакустических станциях.The composition of the receiving path of the HAS (Fig. 1) includes a
Все элементы, входящие в структуру предлагаемого тракта ГАС (фиг.1), известны и широко представлены в литературе. Ненаправленные гидрофоны, линейные антенны и принципы формирования ХН на базе указанных гидрофонов, размещенных равномерно по одной линии с использованием СФХН (компенсатора), достаточно подробно изложены в литературе [5, 6]. All elements included in the structure of the proposed GAS tract (figure 1) are known and widely represented in the literature. Omnidirectional hydrophones, linear antennas, and principles of CN formation on the basis of these hydrophones placed uniformly along the same line using SFN (compensator) are described in sufficient detail in the literature [5, 6].
Конструктивно антенна может быть выполнена в единой шланговой оболочке, как указано в патенте США [4]. Structurally, the antenna can be made in a single hose shell, as described in US patent [4].
Блоки фильтров 3, фазовращающих звеньев 4, перемножителей 5, интеграторов 6 описаны в [7]. The blocks of
В качестве блока БРС, обеспечивающего разделение сигналов от объектов, находящихся в противоположных полупространствах относительно антенны, может быть (как один из вариантов) использован многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий аналоговые выходные сигналы интеграторов 6 в цифровой код, для последующей обработки в ЭВМ. Выходное разрядное слово АЦП, соответствующее уровню выходного сигнала интегратора (на момент отсчета), содержит знаковый разряд, определяющий полярность указанного сигнала [8] . В этом варианте, когда АЦП преобразует, например, сигнал L-го капала интегратора, то при наличии в знаковом разряде выходного слова АЦП признака "плюс" сигнал адресуется по LЛ каналу БРС (фиг.1), что соответствует левому борту с направлением на объект (например) 65o относительно нормали к апертуре буксируемой АР (фиг.2). Если при преобразовании сигнала L-гo канала интегратора в знаковом разряде выходного слова АЦП имеется признак "минус", сигнал адресуется по LП каналу БРС (фиг.1), что соответствует правому борту с направлением на объект 115o относительно указанной нормали (фиг. 2). Аналогичная процедура разделения сигналов по знаковому признаку осуществляется по всем М выходным каналам каждого цикла съема сигналов с интеграторов, в результате чего получаются два сигнальных массива (по одному циклу обзора), обеспечивающих одновременное наблюдение раздельно в секторах обзора левого и правого бортов (фиг.4 б,в).As a BRS unit, which provides the separation of signals from objects located in opposite half-spaces relative to the antenna, a multi-channel analog-to-digital converter (ADC) can be used, which converts the analog output signals of
Итак, особенностью рассматриваемой структуры приемного тракта станции является изменение знака коэффициента передачи ПК в зависимости от полупространства относительно двухрядной линейной антенны, в котором находится источник акустического поля. So, a feature of the structure of the receiving path of the station under consideration is a change in the sign of the PC transmission coefficient depending on the half-space relative to the two-row linear antenna in which the acoustic field source is located.
Знак коэффициента передачи произвольного ПК определяется его ХН, аналитическое выражение которой в рабочей полосе частот имеет следующий вид
где Fpc(ω) - энергетический спектр шумоизлучения объекта в точке приема;
d, N - расстояние между соседними приемниками вдоль антенны и их количество;
θ,α - углы в сферической системе координат, определяющие направление прихода плоской волны в пространстве;
θк - угол в горизонтальной плоскости между нормалью к апертуре антенны и направлением оси ПК;
l - расстояние между рядами антенны;
ωн,ωв - круговые частоты границ полосовых фильтров.The sign of the transfer coefficient of an arbitrary PC is determined by its XN, the analytical expression of which in the working frequency band has the following form
where F pc (ω) is the energy spectrum of the noise emission of the object at the receiving point;
d, N is the distance between adjacent receivers along the antenna and their number;
θ, α are the angles in the spherical coordinate system that determine the direction of arrival of the plane wave in space;
θ to - the angle in the horizontal plane between the normal to the aperture of the antenna and the direction of the axis of the PC;
l is the distance between the rows of the antenna;
ω n , ω in - circular frequencies of the borders of bandpass filters.
Анализ выражения (1) показывает, что знак (полярность) постоянной составляющей по выходу ПК, обусловленный принимаемым сигналом, определяется углом θ сомножителя и меняется (фиг.2) на углах θ = ±π/2 относительно нормали к апертуре антенны, т.е. при нахождении объекта шумоизлучения (или эхосигнала) с левого борта (или в переднем секторе обзора - для стационарных систем) на выходе соответствующего ПК (выход соответствующего интегратора) сигнал будет иметь положительную полярность.An analysis of expression (1) shows that the sign (polarity) of the DC component at the PC output due to the received signal is determined by the angle θ of the factor and changes (Fig. 2) at angles θ = ± π / 2 relative to the normal to the antenna aperture, i.e. when a noise object (or an echo signal) is found from the port side (or in the front viewing sector for stationary systems), the output of the corresponding PC (output of the corresponding integrator) will have a positive polarity.
При нахождении объекта в другом полупространстве относительно антенны, сигнал на выходе любого ПК (в котором находится объект) будет иметь отрицательную полярность. When an object is located in another half-space relative to the antenna, the signal at the output of any PC (in which the object is located) will have a negative polarity.
Таким образом знаковый признак выходных сигналов ПК, выделяемый блоком разделения сигналов 7 (фиг.1), позволяет обеспечить в режиме шумопеленгования и эхолокации разделение (пространственную фильтрацию) общего информационного потока одного цикла обзора (состояние М интеграторов) на два сигнальных массива соответствующих полупространств с привязкой сигналов к истинным пеленгам (с точностью до ПК) на объекты. Thus, the sign of the output signals of the PC, highlighted by the signal separation unit 7 (Fig. 1), allows for the separation of noise (spatial filtering) of the total information flow of one review cycle (state of M integrators) into two signal arrays of the corresponding half-spaces with reference signals to true bearings (accurate to PC) on objects.
Приемный тракт работает следующим образом. The receiving path works as follows.
Из гидроакустических сигналов, принятых первой группой ненаправленных гидрофонов (1, ...K,....N) антенны 1, с помощью первой СФХН 2 формируются М пространственных каналов статического веера ХП в определенном секторе обзора с последующей фильтрацией сигналов М канальным фильтром 3 в рабочей полосе частот. Из сигналов, принятых второй группой ненаправленных гидрофонов (1',. . ...K',...,N') антенны 1, с помощью второй СФХН 2 формируются М аналогичных пространственных каналов (с той же ориентацией каждого ПК в горизонтальной плоскости, что и с помощью первой СФХН) и последующей фильтрацией выходных сигналов со всех ПК вторым аналогичным М канальным фильтром, по всем выходам которого осуществляется сдвиг по фазе на π/2 всех спектральных компонент. Далее сигналы соответствующих (ориентированных в одинаковое направление) пар ПК (1 и 1',.,..L и L',.....М и М') поступают на соответствующие М перемножителей 5, выходные сигналы которых после интегрирования звеном 6 поступают на блок БРС, обеспечивающий получение сигнальных массивов отдельно с ПК левого и отдельно правого борта, функциональное описание которого дано ранее. После блока БРС сигналы с ПК левого и отдельно с ПК правого борта поступают на соответствующие индикаторы. Следует отметить, что фазосдвигающее звено 4 в соответствующем плече перемножителя 5 обеспечивает изменение знака сигнала с выхода интегратора при переходе источника первичного или вторичного акустических полей в противоположное полупространство относительно антенны, т.е. формируется знаковый признак (для любой спектральной компоненты рабочего диапазона частот при условии, что 1<λв/2), используемый в блоке БРС для пространственной фильтрации объектов. Таким образом приемный тракт (фиг.1) формирует условную плоскость, перпендикулярную ориентации двухрядной антенны (в идеальном случае при ориентации двух рядов антенны в горизонтальной плоскости указанная плоскость перпендикулярна горизонтальной плоскости). Все сигналы, находящиеся в этой плоскости, имеют коэффициент пространственной передачи, равный нулю. Этим обстоятельством объясняется определенная степень защищенности приемного тракта (антенны) от собственного шумоизлучения буксировщика при его прямолинейном движении, а также определенное подавление поля помех, обусловленное шумящей поверхностью.From the hydroacoustic signals received by the first group of omnidirectional hydrophones (1, ... K, .... N) of the
В результате обработки акустического сигнала (фиг.1) на выходе каждого интегратора формируются характеристики направленности ПК левого и ПК правого бортов (фиг. 3) с разнознаковыми коэффициентами пространственной передачи, что позволяет обеспечить как панорамный обзор (индикаторное отображение в координатах "ПК"-"Время" - для шумопеленгования или "ПК"-"Дистанция" - для эхолокации) отдельно двух полупространств, так и определения по известным алгоритмам координат и элементов движения объектов. As a result of processing the acoustic signal (Fig. 1) at the output of each integrator, the directivity characteristics of the left-handed and right-handed PCs are formed (Fig. 3) with different spatial transmission coefficients, which allows providing a panoramic view (indicator display in the coordinates "PC" - " Time "- for noise direction finding or" PC "-" Distance "- for echolocation) separately of two half-spaces, as well as determination using known algorithms of coordinates and elements of movement of objects.
Результаты математического моделирования работы приемных трактов шумопеленгаторных станций в одинаковых помехосигнальных ситуациях для предложенной структуры и для структуры прототипа с антенной, обеспечивающей экранирование одного из полупространств за счет формирования дополнительных кардиоидных приемников, представлены на фиг.4. The results of mathematical modeling of the receiving paths of noise-detecting stations in the same noise-signal situations for the proposed structure and for the prototype structure with an antenna providing shielding of one of the half-spaces due to the formation of additional cardioid receivers are presented in Fig. 4.
Индикаторная картина I обнаружителя с кардиоидным приемником в координатах "ПК"-"Время" представлена на фиг.4. The indicator picture I of the detector with a cardioid receiver in the coordinates "PC" - "Time" is presented in figure 4.
За счет значительной величины коэффициентов пространственной передачи кардиоидной ХН с тыльной стороны, на индикаторе наблюдаются не только объекты, находящиеся в одном из полупространств (трассы 1, 2, 3), но и объекты, расположенные в противоположном полупространстве (трассы 4, 5, 6), с соответствующим уровнем шумоизлучения (фиг.4). Оператор же воспринимает индикаторную картину буквально, естественно полагая, что осуществляет контакт с шестью объектами, находящимися в одном из полупространств, тем самым получает от системы информацию, которая существенным образом искажена. Due to the significant values of the spatial transmission coefficients of cardioid CN from the back, not only objects located in one of the half-spaces (
Индикаторные картины II секторов обзора левого-правого борта (в тех же координатах, что и индикаторная картина I), использующие информационный поток по выходу интеграторов, после раздельной пространственной фильтрации объектов в соответствии с новой структурой приемного тракта ГАС (фиг.1) представлены на фиг.4. Indicator pictures of the II port sectors of the port starboard survey (in the same coordinates as indicator picture I) using the information stream for the output of the integrators, after separate spatial filtering of objects in accordance with the new structure of the GUS receiving path (Fig. 1) are presented in Fig. .4.
По индикаторным картинам II видно, что новая структура приемного тракта разделяет объекты противоположных относительно приемной антенны полупространств, обеспечивая эффективную работу оператора, а также выдачу достоверной информации по координатам и элементам движения объектов. According to the indicator patterns II, it can be seen that the new structure of the receiving path separates objects opposite to the receiving antenna half-spaces, ensuring the effective operation of the operator, as well as the issuance of reliable information on the coordinates and elements of the movement of objects.
Таким образом, предлагаемая структура приемного тракта ГАС обеспечивает с высокой достоверностью определение в режиме шумопеленгования и эхолокации однозначность направления на объекты. Thus, the proposed structure of the GAS receiving path provides with high reliability the determination in the mode of noise direction finding and echolocation the unambiguous direction to the objects.
Источники информации
1. Патент Франции 2727765 от 06.12.1994.Sources of information
1. French patent 2727765 from 12/06/1994.
2. ГЦ ЦНИИ им. акад. А.Ц. Крылова. С.-Петербург Дайджест, 1994, вып.9, стр.68. 2. SC Central Research Institute. Acad. A.Ts. Krylova. St. Petersburg Digest, 1994, issue 9, p. 68.
3. Патент США 5058082 от 15.10.1991. 3. US patent 5058082 from 10.15.1991.
4. Патент США 5220537 от 15.07.1993. 4. US patent 5220537 from 07.15.1993.
5. Свердлин Г. М. Гидроакустические преобразователи и антенны. Судостроение, Ленинград, 1988, с.88-145. 5. Sverdlin G. M. Hydroacoustic transducers and antennas. Shipbuilding, Leningrad, 1988, p. 88-145.
6. Тюлин В.П. Теория акустического пеленгования. ВМА, Ленинград, 1954, с.124-148. 6. Tyulin V.P. Theory of acoustic direction finding. VMA, Leningrad, 1954, p. 124-148.
7. Зарайский В.А., Тюрин А.М. Теория гидролокации, ВМА, Ленинград, 1975, с.283-287, 390-402. 7. Zaraysky V.A., Tyurin A.M. The theory of sonar, VMA, Leningrad, 1975, p. 283-287, 390-402.
8. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. Москва, Машиностроение, 1986, с.20-29. 8. Kuo B. Theory and design of digital control systems. Moscow, Mechanical Engineering, 1986, p.20-29.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000129540A RU2190237C2 (en) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | Reception channel of sonar with uniform linear array resolving the ambiguity of determination of direction of signal arrival |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000129540A RU2190237C2 (en) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | Reception channel of sonar with uniform linear array resolving the ambiguity of determination of direction of signal arrival |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2190237C2 true RU2190237C2 (en) | 2002-09-27 |
Family
ID=20242564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000129540A RU2190237C2 (en) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | Reception channel of sonar with uniform linear array resolving the ambiguity of determination of direction of signal arrival |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2190237C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458357C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-08-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Hydrolocation system of hydroacoustic station |
RU2466420C1 (en) * | 2011-06-23 | 2012-11-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Hydroacoustic antenna and method of processing signals therein |
RU2497142C1 (en) * | 2012-04-26 | 2013-10-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Receiving hydroacoustic antenna and method of estimating amplitude-frequency characteristics of hydroacoustic receivers |
RU2537749C1 (en) * | 2013-10-10 | 2015-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Hydrophone tract with dismantling-free inspection of its operability |
US9659568B2 (en) | 2007-12-31 | 2017-05-23 | Lg Electronics Inc. | Method and an apparatus for processing an audio signal |
-
2000
- 2000-11-24 RU RU2000129540A patent/RU2190237C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9659568B2 (en) | 2007-12-31 | 2017-05-23 | Lg Electronics Inc. | Method and an apparatus for processing an audio signal |
RU2458357C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-08-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Hydrolocation system of hydroacoustic station |
RU2466420C1 (en) * | 2011-06-23 | 2012-11-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Hydroacoustic antenna and method of processing signals therein |
RU2497142C1 (en) * | 2012-04-26 | 2013-10-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Receiving hydroacoustic antenna and method of estimating amplitude-frequency characteristics of hydroacoustic receivers |
RU2537749C1 (en) * | 2013-10-10 | 2015-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Hydrophone tract with dismantling-free inspection of its operability |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11119211B2 (en) | Acoustic doppler system and method | |
US4559605A (en) | Method and apparatus for random array beamforming | |
US20240069193A1 (en) | Acoustic doppler system and method | |
US4480322A (en) | Passive underwater range measurement acoustic system | |
Schock et al. | Buried object scanning sonar | |
KR20090084877A (en) | Ship mounted underwater sonar system | |
CN109239712B (en) | Noise detection method based on underwater sound field and sound energy flow | |
RU2190237C2 (en) | Reception channel of sonar with uniform linear array resolving the ambiguity of determination of direction of signal arrival | |
US5027333A (en) | Acoustic locator for elements of a flexible sonar array | |
US6052335A (en) | Multiple-frequency sonar system | |
US5995445A (en) | Acoustic survey technique | |
US6654315B1 (en) | Sonar display system and method | |
US6108270A (en) | Torpedo seeker head having directional detection independent of frequency | |
US3803543A (en) | Remotely formed multibeam hydrophone system | |
USH1171H (en) | Cardioid beamformer with noise reduction | |
US4961174A (en) | High data rate continuous wave towed sonar | |
US6661740B1 (en) | Multi-static, opportune-source-exploiting, passive sonar processing | |
WO2001050406A1 (en) | Subarray matching beamformer apparatus and method | |
US4187490A (en) | Range determining system | |
Schock et al. | Sonar for multi-aspect buried mine imaging | |
US6671228B1 (en) | Sonar tracking array | |
JPS61151487A (en) | Sonar apparatus | |
Prajapati et al. | Generating noise at the output of directional sensor in isotropic ambient noise | |
JPH09269369A (en) | Acoustic remote sensing apparatus | |
Yadav et al. | Simulation Study of an Underwater Imaging Method using a Moving Single Acoustic Vector Sensor and Acoustic Source |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081125 |