RU2208811C2 - Procedure to obtain information on noisy objects in sea - Google Patents
Procedure to obtain information on noisy objects in sea Download PDFInfo
- Publication number
- RU2208811C2 RU2208811C2 RU2001126296A RU2001126296A RU2208811C2 RU 2208811 C2 RU2208811 C2 RU 2208811C2 RU 2001126296 A RU2001126296 A RU 2001126296A RU 2001126296 A RU2001126296 A RU 2001126296A RU 2208811 C2 RU2208811 C2 RU 2208811C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- distance
- signals
- objects
- signal
- calculated
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в системах шумопеленгования. The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in noise direction finding systems.
Известен способ измерения дистанции и продольной скорости точечного источника с помощью двух- и трехэлементного интерферометра или с помощью антенны с расщепленной апертурой на две половины, в котором используются фазовые соотношения сигнала в интерферометре или в приемной антенне и учитывается кривизна волнового фронта сигнала (В.В. Караваев, В.В. Сазонов "Статистическая теория пассивной локации", М., Радио и связь, 1987 г., стр. 136). A known method of measuring the distance and longitudinal velocity of a point source using a two- and three-element interferometer or using an antenna with a split aperture into two halves, which uses the phase relationship of the signal in the interferometer or in the receiving antenna and takes into account the curvature of the wavefront of the signal (V.V. Karavaev, VV Sazonov "The statistical theory of passive location", M., Radio and communications, 1987, p. 136).
Этот способ измерения можно улучшить при использовании согласованной с распределением на апертуре антенны и изменением во времени волновой картины наблюдаемого сигнала (Подводная акустика и обработка сигналов. Пер. с англ. /Под. ред. М. Бьерне. М., Мир, 1985 г., стр.325-328 и стр. 415-418). В этом способе измерение дистанции и скорости объектов определяется кривизной волнового фронта и ограничивается его искажениями. Способ - сложный, требует применения сложной дорогостоящей аппаратуры для введения управляемого амплитудно-фазового распределения. This measurement method can be improved by using an antenna that is consistent with the distribution on the aperture and time-varying wave pattern of the observed signal (Underwater Acoustics and Signal Processing. Transl. From English / Ed. By M. Bjorn. M., Mir, 1985. , pp. 325-328 and pp. 415-418). In this method, measuring the distance and speed of objects is determined by the curvature of the wavefront and is limited by its distortions. The method is complex, requires the use of complex expensive equipment to introduce a controlled amplitude-phase distribution.
Известен способ обнаружения шумящих объектов по патенту РФ 2110810 от 26.07.95 г., в котором шумы принимают двумя половинами антенны, разнесенной в пространстве по горизонту. Однако этот способ работоспособен при обнаружении объектов не одинакового типа, при их нахождении в ближней зоне акустической освещенности и малодостоверен при нахождении их в дальней зоне акустической освещенности из-за влияния явления вертикальной рефракции звука. A known method of detecting noisy objects according to the patent of the Russian Federation 2110810 from 07.26.95, in which the noise is received by two halves of the antenna, spaced horizontally in space. However, this method is workable when detecting objects of not the same type, when they are in the near zone of acoustic illumination and unreliable when they are in the far zone of acoustic illumination due to the influence of the phenomenon of vertical refraction of sound.
Известен также спектрально-частотный способ измерения дальности до источника шумоизлучения (патент РФ 2128848 от 09.10.97 г.), основанный на использовании частотной зависимости пространственного затухания и поглощения сигнала в морской среде от дальности. По этому способу осуществляются прием смеси сигнала шумоизлучения и помехи, измерение частотного спектра смеси принятого сигнала шумоизлучения и помехи, реализуется предварительное формирование набора прогнозируемых спектров сигнала шумоизлучения в точке приема для заранее выбранных сочетаний дальности и параметров наклона частотного спектра сигнала шумоизлучения, вычисление опорного спектра по каждому из прогнозируемых спектров набора, вычисление величины функциональной корреляции между измеренной смесью принятого сигнала шумоизлучения и помехи и каждым опорным спектром из набора, а подбор гипотетического значения дальности осуществляется путем определения максимальной величины функциональной корреляции, при которой гипотетическое значение дальности принимается истинным. Способ работоспособен при нахождении объектов в ближней зоне акустической освещенности и малодостоверен - в дальней зоне акустической освещенности из-за влияния явления вертикальной рефракции звука на форму спектра, а также из-за влияния изменения величины пространственного затухания, зависящей от района использования способа, и влияния изменения спектра помехи в зависимости от состояния водной поверхности. There is also a spectral-frequency method for measuring the distance to a noise source (RF patent 2128848 from 09.10.97), based on the use of the frequency dependence of spatial attenuation and signal absorption in the marine environment on range. According to this method, a mixture of a noise signal and noise is received, a frequency spectrum of a mixture of a received noise signal and noise is measured, a set of predicted spectra of a noise signal is received at a receiving point for a predetermined combination of range and tilt parameters of the frequency spectrum of a noise signal, and a reference spectrum is calculated for each from the predicted spectra of the set, the calculation of the functional correlation between the measured mixture of the received signal noise radiation and interference and each reference spectrum from the set, and the selection of a hypothetical range value is carried out by determining the maximum value of the functional correlation at which the hypothetical range value is accepted as true. The method is efficient when objects are in the near acoustic illumination zone and unreliable - in the far acoustic illumination zone due to the influence of the phenomenon of vertical refraction of sound on the shape of the spectrum, as well as due to the influence of changes in the spatial attenuation, depending on the area of use of the method, and the effect of changes interference spectrum depending on the state of the water surface.
В области шумопеленгования методов одновременного определения дистанции и радиальной составляющей скорости движущихся в море нескольких объектов, находящихся на одном направлении, в настоящее время неизвестно. In the field of noise direction finding, methods for simultaneously determining the distance and radial component of the speed of several objects moving in the sea in the same direction are currently unknown.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения дистанции, изложенный в монографии B.C. Бурдика "Анализ гидроакустических систем". Пер. с англ., Л., Судостроение, 1988 г., стр. 377, в соответствии с которым с помощью автокорреляционной функции сигнала можно определить расстояние до цели в пассивном режиме при многолучевом распространении в ближней зоне акустической освещенности. Closest to the technical nature of the proposed is the method of measuring distance, described in the monograph B.C. Burdika "Analysis of hydroacoustic systems". Per. from English, L., Sudostroenie, 1988, p. 377, according to which, using the autocorrelation function of a signal, one can determine the distance to a target in the passive mode with multipath propagation in the near zone of acoustic illumination.
Звуковой сигнал принимают антенной, которая предполагается ненаправленной в вертикальной плоскости и не различает углы прихода сигнала в вертикальной плоскости, но различают время межлучевого запаздывания сигнала. Широкополосный сигнал с выхода приемной антенны подается на коррелятор. Вычисляют автокорреляционную функцию принимаемого многолучевого сигнала. Выделяют корреляционный максимум, измеряют время межлучевой задержки, и вычисляют разность длин двух траекторий лучей по известной скорости звука. Вычисляют горизонтальное расстояние до цели по вычисленной разности длин траекторий, известной глубине моря и глубине погружения приемной антенны (В.С. Бурдик "Анализ гидроакустических систем. Пер. с англ., Л., Судостроение, 1988 г., стр. 377). The sound signal is received by the antenna, which is assumed to be non-directional in the vertical plane and does not distinguish between the angles of arrival of the signal in the vertical plane, but they distinguish the time between the beam delays of the signal. The broadband signal from the output of the receiving antenna is fed to the correlator. The autocorrelation function of the received multipath signal is calculated. The correlation maximum is extracted, the inter-beam delay time is measured, and the difference in the lengths of the two ray paths is calculated from the known speed of sound. The horizontal distance to the target is calculated from the calculated difference in the lengths of the trajectories, the known depth of the sea and the immersion depth of the receiving antenna (V. S. Burdik "Analysis of hydroacoustic systems. Transl. From English, L., Sudostroenie, 1988, p. 377).
Это техническое решение содержит следующие операции:
- прием гидроакустического шумового сигнала с помощью сформированного пространственного канала приемной антенны, причем антенна не обеспечивает разрешения траекторий лучей по углу прихода в вертикальной плоскости;
- частотно-временную обработку этого сигнала, содержащую формирование одного пространственного канала и частотного диапазона, определяющего ширину главного максимума функции автокорреляции принятого сигнала;
- вычисление функции автокорреляции, включая осреднение (накопление) во времени;
- выделение корреляционного максимума;
- измерение времени межлучевой задержки, равного сдвигу выделенного корреляционного максимума относительно главного корреляционного максимума;
- вычисление разности длин двух траекторий лучей по известной скорости звука;
- вычисление горизонтального расстояния до шумящего объекта по вычисленной разности длин траекторий, известной глубине моря и глубине погружения приемной антенны.This technical solution contains the following operations:
- receiving hydro-acoustic noise signal using the generated spatial channel of the receiving antenna, and the antenna does not provide resolution of the ray paths along the angle of arrival in the vertical plane;
- time-frequency processing of this signal, containing the formation of one spatial channel and a frequency range that determines the width of the main maximum of the autocorrelation function of the received signal;
- calculation of the autocorrelation function, including averaging (accumulation) over time;
- allocation of the correlation maximum;
- measurement of the inter-beam delay time equal to the shift of the selected correlation maximum relative to the main correlation maximum;
- calculation of the difference in the lengths of two ray paths from the known speed of sound;
- calculation of the horizontal distance to the noisy object from the calculated difference in the lengths of the trajectories, the known depth of the sea and the immersion depth of the receiving antenna.
Способ, однако, не учитывает влияния вертикальной рефракции звука и чрезвычайно сильно зависит от фактических гидроакустических условий и возможности прогноза тонкой многолучевой структуры (с точностью до фазы сигнала) и не позволяет получить сведений о скорости шумящих объектов. The method, however, does not take into account the influence of vertical sound refraction and is extremely dependent on the actual hydroacoustic conditions and the possibility of predicting a fine multipath structure (accurate to the signal phase) and does not allow obtaining information about the speed of noisy objects.
Таким образом, желательно иметь способ определения дистанции и скорости движущихся в море нескольких объектов, который одновременно позволил бы с большей достоверностью определить дистанцию, а также скорость шумящего объекта, и не содержал бы сложных и дорогостоящих в реализации операций корреляционного, спектрального, взаимного корреляционного анализа и т.п. Thus, it is desirable to have a method for determining the distance and speed of several objects moving at sea, which at the same time would more accurately determine the distance and speed of a noisy object, and would not contain complex and expensive correlation, spectral, cross-correlation analysis and etc.
Задачей изобретения является обеспечение возможности одновременного определения дистанции и радиальной скорости движущихся в море объектов, находящихся на одном направлении, и определения числа этих объектов. The objective of the invention is to enable the simultaneous determination of the distance and radial speed of objects moving in the sea, located in the same direction, and determine the number of these objects.
Для решения поставленной задачи в известный способ измерения расстояния, обеспечивающий прием с помощью гидроакустической антенны шумового сигнала от шумящих в море объектов, частотно-временную обработку сигнала, содержащую формирование пространственного канала наблюдения и частотного диапазона, детектирование и осреднение (накопление) по времени, введены новые операции, а именно:
- прием многолучевого сигнала антенной в трех и более сформированных пространственных каналах наблюдения сигнала, приходящего под разными углами из-за вертикальной рефракции звука;
- дискретизацию по времени с интервалом dj и квантование сигналов на три и более уровней;
- измерение скорости звука в воде в зависимости от глубины и волнения поверхности моря;
- вычисление по измеренным данным и известным характеристикам дна величины сигнала шумящего объекта в каждом пространственном канале для нескольких значений расстояния, решая уравнение гидроакустики (Справочник по гидроакустике, Л. , Судостроение, 1988 г., стр. 525) в пассивном режиме с учетом характеристик приемной системы;
- сопоставление принятых сигналов для трех и более моментов времени j с квантованными на те же уровни m расчетными значениями сигналов, полученными для нескольких (по числу моментов времени) дискретных значений расстояния с шагом dq;
- сдвиг расчетных значений сигналов на s шагов dq по расстоянию;
- вычисление квадратов разностей между ординатами точек, определяющих положение центров тяжести по времени и расстоянию массивов, образованных совокупностью измеренных и рассчитанных ненулевых сопоставляемых сигналов одного и того же уровня m;
- вычисление минимального по величине сдвига s и шага dq среднего значения полученных квадратов разностей по всем уровням m квантования;
- регистрацию расстояния в качестве оценки дистанции, соответствующей полученному минимуму;
- вычисление радиальной скорости по длине шага по расстоянию dq и величине интервала дискретизации dj;
- определение числа объектов по количеству сигналов, для которых последовательно по мере их появления на выходе приемной системы выполнены указанные выше операции.To solve this problem, in a known method of measuring distance, which ensures reception of a noise signal from objects that are noisy in the sea using a hydroacoustic antenna, time-frequency signal processing, which includes the formation of a spatial observation channel and frequency range, detection and averaging (accumulation) over time, new operations, namely:
- receiving a multipath signal by an antenna in three or more formed spatial channels for observing a signal arriving at different angles due to vertical sound refraction;
- time discretization with an interval dj and quantization of signals into three or more levels;
- measurement of the speed of sound in water depending on the depth and disturbance of the sea surface;
- calculation of the signal value of a noisy object in each spatial channel for several distance values using the measured data and known characteristics of the bottom, solving the hydroacoustic equation (Handbook of hydroacoustic, L., Shipbuilding, 1988, p. 525) in passive mode taking into account the characteristics of the receiving systems;
- comparison of the received signals for three or more time instants j with the calculated values of the signals quantized to the same levels m, obtained for several (in terms of the number of instants of time) discrete values of the distance with a step dq;
- shift of the calculated signal values by s steps dq in distance;
- calculation of the squares of the differences between the ordinates of the points that determine the position of the centers of gravity in time and distance of the arrays formed by a combination of measured and calculated non-zero comparable signals of the same level m;
- calculation of the minimum shift s and step dq of the average value of the obtained squares of the differences for all quantization levels m;
- registration of the distance as an estimate of the distance corresponding to the received minimum;
- calculation of the radial velocity along the step length over the distance dq and the size of the sampling interval dj;
- determination of the number of objects by the number of signals for which the above operations are performed sequentially as they appear at the output of the receiving system.
При этом регистрируется картина поля в виде массива |Uk| совокупности принимаемых сигналов уровня m с элементами
|Uk|ij = U[i,Rk(j)];
k = 1, 2, 3 ...,
где |Uk|ij - выходной сигнал i-го пространственного канала в j-й момент времени, в который k-й источник находился на неизвестной дистанции Rk(j). Количество уровней квантования выбирается в зависимости от требуемой точности измерения.In this case, the field pattern is recorded in the form of an array | Uk | the set of received signals of level m with elements
| Uk | ij = U [i, Rk (j)];
k = 1, 2, 3 ...,
where | Uk | ij is the output signal of the ith spatial channel at the jth instant of time at which the kth source was at an unknown distance Rk (j). The number of quantization levels is selected depending on the required measurement accuracy.
Для нескольких источников, расположенных на одном направлении, выходной сигнал будет отражать суперпозицию полей источников и будет представлять сумму фрагментов |Uk|
|U| = |U1|+|U2|+...+|Uk|+...
Источники, расположенные в радиальном направлении друг относительно друга, на расстоянии, много меньшем расстояния от точки приема, то есть при Rk+1-Rk<<Rk, имеют вклады в отклики пространственного канала величины одного порядка. При этом условии их вклады не маскируют друг друга.For several sources located in one direction, the output signal will reflect a superposition of the source fields and will represent the sum of fragments | Uk |
| U | = | U1 | + | U2 | + ... + | Uk | + ...
Sources located radially relative to each other, at a distance much shorter than the distance from the receiving point, that is, for Rk + 1-Rk << Rk, have contributions of the same order of magnitude to the responses of the spatial channel. Under this condition, their contributions do not mask each other.
Для вычисления расстояния и радиальной скорости источника делается прогнозная оценка вклада в выходной сигнал k-го шумящего источника на расстоянии [Rk(q)] q-го шага прогноза. При вычислении этой прогнозной оценки вклада шумящего источника рассчитывают уровень его сигнала в каждом пространственном канале для нескольких значений расстояния в интервале прогноза, содержащем, возможно, и оценку искомой дистанции Rk(j), равной расстоянию прогноза [Rk(q)]. To calculate the distance and radial velocity of the source, a predictive estimate is made of the contribution to the output signal of the k-th noise source at a distance [Rk (q)] of the q-th forecast step. When calculating this predictive estimate of the contribution of a noisy source, its signal level in each spatial channel is calculated for several distance values in the forecast interval, which possibly contains an estimate of the desired distance Rk (j) equal to the forecast distance [Rk (q)].
Известно, что при измерениях в море гипотеза о сферическом законе расширения фронта волны с учетом фокусировки и поглощения энергии обеспечивает приемлемое соответствие полученным данным для самых разных условий. Существующие гидроакустические условия учитываются с точностью до аномалии распространения относительно однородной безграничной среды со сферическим законом распространения с учетом поглощения. Для определения расчетного уровня сигнала шумящего объекта в пассивном режиме в зависимости от дистанции решают уравнение гидроакустики. Оно связывает технические характеристики гидроакустической аппаратуры шумопеленгаторной станции, параметры шумящего объекта взаимодействия, характер его расположения относительно приемной антенны и границ среды, и особенности распространения сигналов и шумов в океане. It is known that when measuring in the sea, the hypothesis of a spherical law of expansion of the wave front, taking into account focusing and energy absorption, provides an acceptable agreement with the data obtained for a variety of conditions. Existing hydroacoustic conditions are taken into account up to anomalies of propagation of a relatively homogeneous infinite medium with a spherical distribution law taking into account absorption. To determine the calculated signal level of a noisy object in the passive mode, the hydroacoustic equation is solved depending on the distance. It connects the technical characteristics of the hydroacoustic equipment of the noise-detecting station, the parameters of the noisy interaction object, the nature of its location relative to the receiving antenna and the boundaries of the environment, and the characteristics of the propagation of signals and noise in the ocean.
УИ-ПР=УШ-ПН+ПО=УП+ПО,
где УИ (уровень источника) - интенсивность шумоизлучения на акустической оси в 1 м от источника;
ПР (потери распространения) - величина ослабления сигнала при распространении в морской среде между точкой, находящейся в 1 м от источника, и удаленной точкой, в которой расположен фазовый центр приемной антенны;
УП (уровень помех) - интенсивность помех на выходе приемника, равная разности интенсивности шумов (УШ) и показателя направленности (ПН);
ПО (порог обнаружения) - отношение мощности сигнала определенной формы к мощности помехи. Упомянутые расчеты могут быть проведены по алгоритмам, приведенным, например, в книге Матвиенко В.Н., Тарасюка Ю.Ф. "Дальность действия гидроакустических средств". Л., Судостроение, 1981 г., стр. 212-214.UI-PR = USh-PN + PO = UP + PO,
where UI (source level) is the intensity of noise on the acoustic axis 1 m from the source;
PR (propagation loss) - the amount of signal attenuation during propagation in the marine environment between a point located 1 m from the source and a remote point at which the phase center of the receiving antenna is located;
UP (interference level) - the intensity of interference at the output of the receiver, equal to the difference between the noise intensity (US) and the directivity index (PN);
ON (detection threshold) - the ratio of the signal power of a certain shape to the interference power. The mentioned calculations can be carried out according to the algorithms given, for example, in the book by Matvienko V.N., Tarasyuk Yu.F. "Range of action of hydroacoustic means." L., Shipbuilding, 1981, pp. 212-214.
Расчетную величину прогнозного сигнала заменяют ближайшим значением m-го уровня квантования W{ i,[Rk(q)]}. Квантованный на те же уровни, на которые квантуются выходные сигналы шумопеленгаторной станции, массив расчетных сигналов [|Wk|] получают для нескольких дискретных значений расстояния [Rk(q)] с некоторым шагом [dRk(q)]
[dRk(q)]=dq=[Rk(q)]-[Rk(q-1)].The calculated value of the prediction signal is replaced by the nearest value of the mth quantization level W {i, [Rk (q)]}. Quantized to the same levels as the output signals of the noise-finding station are quantized, an array of calculated signals [| Wk |] is obtained for several discrete distance values [Rk (q)] with a certain step [dRk (q)]
[dRk (q)] = dq = [Rk (q)] - [Rk (q-1)].
Совокупность рассчитанных сигналов уровня m образует текущее значение [|Wk|] прогнозной оценки вклада k-го шумящего источника в выходной сигнал. The set of calculated signals of level m forms the current value [| Wk |] of the forecast estimate of the contribution of the k-th noise source to the output signal.
Для сопоставления прогнозной оценки сигналов [|Wk|] с измеренным массивом сигналов |Uk| сдвигают элементы [|Wk|]iq массива [|Wk|] по индексу q на величину s и получают новый массив [|Wk|] расчетных сигналов того же уровня m, элементы которого равны
Мерой близости относительного расположения измеренных и расчетных массивов сигналов D(s, dq) является среднее по всем уровням квантования значение квадрата разности ординат центров тяжести совокупности ненулевых элементов массивов |Uk| (по времени j) и [|Wk|] (по расстоянию q).To compare the predictive estimate of the signals [| Wk |] with the measured signal array | Uk | shift the elements [| Wk |] iq of the array [| Wk |] at the q index by s and get a new array [| Wk |] of calculated signals of the same level m, whose elements are equal
A measure of the proximity of the relative location of the measured and calculated signal arrays D (s, dq) is the average over all quantization levels of the squared difference of the ordinates of the centers of gravity of the set of nonzero elements of the arrays | Uk | (in time j) and [| Wk |] (in distance q).
где M - число уровней квантования,
j0(|Uk|ij) - ордината центра тяжести по времени совокупностей принятых ненулевых сигналов m-го уровня
|Uk|ij≠0;
Jmin, Jmax - минимальное и максимальное значение ординаты j совокупностей принятых ненулевых сигналов m-го уровня;
imax(j,|Uk|ij), imin(j,|Uk|ij) - зависимость максимальной и минимальной абсциссы i совокупностей принятых ненулевых сигналов m-го уровня от ординаты j;
q0([|Wk|]iq) - ордината центра тяжести по расстоянию совокупностей расчетных ненулевых сигналов m-го уровня
[|Wk|]iq≠0;
Qmin, Qmax - минимальное и максимальное значение ординаты q совокупностей расчетных ненулевых сигналов m-го уровня;
imax(q,[|Wk|]iq), imin(q,[|Wk|]iq) - зависимость максимальной и минимальной абсциссы i совокупностей расчетных ненулевых сигналов m-го уровня от ординаты q. Находят минимальное по величине сдвига s и длине шага dq значение D
при s=0,±1,±2, ..., dq=dRk1, dRk2, ...
where M is the number of quantization levels,
j 0 (| Uk | ij) is the ordinate of the center of gravity in time of the sets of received nonzero signals of the mth level
| Uk | ij ≠ 0;
J min , J max - the minimum and maximum values of the ordinate j of the sets of received non-zero signals of the mth level;
i max (j, | Uk | ij), i min (j, | Uk | ij) is the dependence of the maximum and minimum abscissas i of the sets of received nonzero signals of the mth level on the ordinate j;
q 0 ([| Wk |] iq) is the ordinate of the center of gravity over the distance of the sets of calculated nonzero signals of the mth level
[| Wk |] iq ≠ 0;
Q min , Q max - the minimum and maximum value of the ordinate q of the sets of calculated nonzero signals of the mth level;
i max (q, [| Wk |] iq), i min (q, [| Wk |] iq) is the dependence of the maximum and minimum abscissas i of the sets of calculated nonzero signals of the mth level on the ordinate q. Find the minimum value of the shift s and the step length dq value D
for s = 0, ± 1, ± 2, ..., dq = dRk1, dRk2, ...
По результатам поиска минимума фиксируют оценки дистанции и радиальной скорости. Искомую дистанцию принимают равной значению расстояния, соответствующему вычисленному минимуму, Rk(j)=[Rk(q)]. Искомую скорость принимают равной отношению длины шага по расстоянию [dRk(q)] к величине интервала dj дискретизации, Vk(j)=[dRk(q)]/dj (оценка скорости движения шумящего объекта является вынужденным результатом реализации заявляемого способа). Число источников, находящихся на одном направлении, определяют количеством массивов "сигналов" |Uk|, для которых последовательно по мере их появления на выходе приемной системы выполнены указанные выше процедуры. According to the results of a minimum search, estimates of distance and radial velocity are recorded. The desired distance is taken equal to the value of the distance corresponding to the calculated minimum, Rk (j) = [Rk (q)]. The desired speed is taken equal to the ratio of the step length over the distance [dRk (q)] to the value of the sampling interval dj, Vk (j) = [dRk (q)] / dj (estimation of the speed of a noisy object is a necessary result of the implementation of the proposed method). The number of sources located in one direction is determined by the number of arrays of “signals” | Uk | for which the above procedures are performed sequentially as they appear at the output of the receiving system.
На чертеже приведена блок-схема приемной системы, реализующей заявляемый способ измерения дистанции и радиальной скорости шумящих в море объектов. На чертеже обозначены: антенна 1, позволяющая сформировать веер характеристик направленности в вертикальной плоскости, формирователь 2, диапазонные фильтры 3, детекторы 4, накопители (осреднители) 5, блок расчета поля сигнала, решения уравнения гидроакустики 6, измеритель скорости звука 7, измеритель волнения 8, банк характеристик дна 9, дискретизатор, квантователь 10, вычислитель минимального квадрата разности, дистанции, скорости и числа объектов 11 и индикатор 12. The drawing shows a block diagram of a receiving system that implements the inventive method of measuring the distance and radial speed of objects noisy in the sea. The drawing shows: antenna 1, which allows you to form a fan of directivity in the vertical plane, driver 2, band filters 3, detectors 4, drives (averagers) 5, a block for calculating the signal field, solving the sonar equation 6, sound speed meter 7, wave meter 8 , a bank of bottom characteristics 9, a discretizer, a quantizer 10, a calculator of the minimum square of the difference, distance, speed and number of objects 11 and an indicator 12.
Предлагаемый способ осуществляется с помощью приемной системы следующим образом. Шумовые сигналы принимаются антенной 1. Сигналы с выхода антенны передаются в блок 2 формирования пространственных каналов наблюдения. С выхода блока 2 сигналы поступают на вход диапазонных фильтров блока 3. Далее через блоки детектирования 4 и накопления (осреднения) 5 сигналы поступают на вход блока дискретизации и квантования уровня 10. С выхода блока 10 сигналы поступают в вычислитель минимальной величины квадрата разности, дистанции, скорости и числа объектов 11, в который поступают из блока 6 расчетные значения сигналов. В вычислительном устройстве 6 рассчитывается акустическое поле сигналов и решается уравнение гидроакустики по данным, поступающим:
- от устройства измерения скорости звука в зависимости от глубины 7 (в качестве такого устройства может быть применен измеритель XSV ВМС США); (Тарасюк Ю.Ф. Измеритель скорости звука XSV для ВМС США, Судостроение за рубежом, 1979, 4, с. 90-93);
- от измерителя волнения поверхности моря 8, (Простаков А.Л. "Электронный ключ к океану". Л., Судостроение, 1986, с. 69);
- от районированного банка характеристик дна 9 (Океанографические таблицы. Л., Гидрометеоиздат, 1975 г.).The proposed method is carried out using a receiving system as follows. Noise signals are received by antenna 1. Signals from the antenna output are transmitted to block 2 for the formation of spatial observation channels. From the output of block 2, the signals go to the input of the range filters of block 3. Then, through the blocks of detection 4 and accumulation (averaging) 5, the signals go to the input of the block of sampling and quantization of level 10. From the output of block 10, the signals go to the calculator of the minimum value of the square of the difference, distance, speed and number of objects 11, into which the calculated values of the signals come from block 6. In the computing device 6, the acoustic field of the signals is calculated and the hydroacoustic equation is solved according to the data received:
- from a device for measuring the speed of sound depending on depth 7 (the US Navy XSV meter can be used as such a device); (Tarasyuk Yu.F. XSV Sound Velocity Meter for the US Navy, Shipbuilding Abroad, 1979, 4, pp. 90-93);
- from the meter of the waves of the sea surface 8, (Prostakov AL "Electronic key to the ocean". L., Shipbuilding, 1986, p. 69);
- from a zoned bank of bottom characteristics 9 (Oceanographic tables. L., Gidrometeoizdat, 1975).
С выхода блока 6 квантованные по уровню сигналы передаются в вычислитель 11, который сдвигает расчетные значения сигналов на несколько шагов по расстоянию, вычисляет среднее по всем уровням квантования значение квадратов разности между ординатами центров тяжести по времени и расстоянию совокупности принятых и расчетных ненулевых сигналов. Вычисляет минимальную величину среднего квадрата разности по числу шагов сдвига и длине шага сдвига по расстоянию и фиксирует в качестве искомой дистанции дискретное значение расстояния, соответствующее вычисленному минимуму, в качестве искомой скорости - отношение длины шага по расстоянию к величине шага дискретизации. Вычисляет число источников сигналов, для которых последовательно по мере их появления на выходе приемной системы выполнены указанные выше процедуры, и выдает значения искомых величин по каждому из шумящих в море объектов на индикатор 12. From the output of block 6, level-quantized signals are transmitted to a calculator 11, which shifts the calculated signal values by several steps in distance, calculates the average over all quantization levels of the squares of the difference between the ordinates of the centers of gravity in time and the distance of the set of received and calculated non-zero signals. It calculates the minimum value of the mean square of the difference in the number of shear steps and the length of the shear step in distance and fixes the discrete value of the distance corresponding to the calculated minimum as the desired distance, and the ratio of the step length in relation to the sampling step as the desired speed. It calculates the number of signal sources for which the above procedures are performed sequentially as they appear at the output of the receiving system, and displays the values of the desired values for each of the noisy objects in the sea on indicator 12.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001126296A RU2208811C2 (en) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | Procedure to obtain information on noisy objects in sea |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001126296A RU2208811C2 (en) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | Procedure to obtain information on noisy objects in sea |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2208811C2 true RU2208811C2 (en) | 2003-07-20 |
Family
ID=29210497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001126296A RU2208811C2 (en) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | Procedure to obtain information on noisy objects in sea |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2208811C2 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478982C2 (en) * | 2011-05-23 | 2013-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Method for determining acoustic pressure of moving extended source of acoustic field |
| RU2498238C2 (en) * | 2011-10-28 | 2013-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Method of localising noise emission areas of moving vehicle |
| RU2548400C1 (en) * | 2014-01-30 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method for combined estimation of distance to noisy object in sea and noisiness thereof |
| RU2550576C1 (en) * | 2014-01-30 | 2015-05-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method to measure distance to noisy object |
| RU2559310C2 (en) * | 2013-10-18 | 2015-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method of estimating distance to noisy object at sea |
| RU2580216C1 (en) * | 2014-12-01 | 2016-04-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Method of localising areas of acoustic radiation |
| RU2602732C1 (en) * | 2015-06-25 | 2016-11-20 | Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" | Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea |
| RU2624798C1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-07-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method of determination of location of sensing object in sea |
| RU2650830C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-04-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for obtaining information on noisy object in sea |
| RU2694271C2 (en) * | 2017-10-25 | 2019-07-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for classifying noisy objects |
| RU2786599C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method for motion detection of underwater broadband noise source |
-
2001
- 2001-09-27 RU RU2001126296A patent/RU2208811C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БУРДИК B.C. Анализ гидроакустических систем. - Л.: Судостроение, 1988, с. 377, 378. * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478982C2 (en) * | 2011-05-23 | 2013-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Method for determining acoustic pressure of moving extended source of acoustic field |
| RU2498238C2 (en) * | 2011-10-28 | 2013-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Method of localising noise emission areas of moving vehicle |
| RU2559310C2 (en) * | 2013-10-18 | 2015-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method of estimating distance to noisy object at sea |
| RU2548400C1 (en) * | 2014-01-30 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method for combined estimation of distance to noisy object in sea and noisiness thereof |
| RU2550576C1 (en) * | 2014-01-30 | 2015-05-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method to measure distance to noisy object |
| RU2580216C1 (en) * | 2014-12-01 | 2016-04-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Method of localising areas of acoustic radiation |
| RU2602732C1 (en) * | 2015-06-25 | 2016-11-20 | Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" | Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea |
| RU2624798C1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-07-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method of determination of location of sensing object in sea |
| RU2650830C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-04-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for obtaining information on noisy object in sea |
| RU2694271C2 (en) * | 2017-10-25 | 2019-07-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for classifying noisy objects |
| RU2786599C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method for motion detection of underwater broadband noise source |
| RU2814151C1 (en) * | 2023-07-25 | 2024-02-22 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Hydroacoustic method for determining target movement parameters in noise direction finding mode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7106656B2 (en) | Sonar system and process | |
| US7315488B2 (en) | Methods and systems for passive range and depth localization | |
| RU2602732C1 (en) | Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea | |
| RU2473924C1 (en) | Method of detecting and classifying signal from target | |
| RU2590933C1 (en) | Device for obtaining information on noisy object in sea | |
| RU2208811C2 (en) | Procedure to obtain information on noisy objects in sea | |
| CN110320490A (en) | A kind of radio wave arrival direction estimating method under the conditions of no direct signal | |
| RU2739000C1 (en) | Hydroacoustic system for detecting a moving underwater sound source, measurement of bearing on sound source and horizon of sound source in shallow sea | |
| RU2537472C1 (en) | Hydroacoustic system for detecting submerged moving sound source and measuring coordinates thereof in shallow sea | |
| RU2156984C1 (en) | Process of generation of information on noisy object at sea and process of obtainment of color scales for it | |
| RU2529355C2 (en) | Method of determining spatial distribution of ionospheric inhomogeneities | |
| RU2515179C1 (en) | Method of determining direction of hydroacoustic transponder in multibeam navigation signal propagation conditions | |
| RU2399062C1 (en) | Ionospheric probe-direction finder | |
| RU2692841C1 (en) | Hydro acoustic method for determining purpose parameters when using an explosive signal with a wireless communication system | |
| RU2225991C2 (en) | Navigation sonar to illuminate near situation | |
| RU2724962C1 (en) | Method of determining coordinates of a marine noisy target | |
| RU2626295C1 (en) | Automatic detection and classification system of short-range sonar | |
| RU2624826C1 (en) | Method of classification of objects adapted to hydroacoustic conditions | |
| RU2703804C1 (en) | Method of classifying marine objects with passive hydroacoustic means | |
| RU2460088C1 (en) | Method of detecting local object on background of distributed interference | |
| RU2510608C1 (en) | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle | |
| RU2768011C1 (en) | Method for single-step adaptive determination of coordinates of radio-frequency sources | |
| RU2110810C1 (en) | Method of detection of noisy objects | |
| RU2711432C1 (en) | Method of passive determination of coordinates of hydroacoustic radiation sources | |
| Rahaman et al. | Performance Enhancement of Active Sonar System in Under Water Environment Using Spherical Hydrophone Array |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170928 |