RU2366973C1 - Method for detection of targets from accidental reverberation disturbances - Google Patents
Method for detection of targets from accidental reverberation disturbances Download PDFInfo
- Publication number
- RU2366973C1 RU2366973C1 RU2008108707/28A RU2008108707A RU2366973C1 RU 2366973 C1 RU2366973 C1 RU 2366973C1 RU 2008108707/28 A RU2008108707/28 A RU 2008108707/28A RU 2008108707 A RU2008108707 A RU 2008108707A RU 2366973 C1 RU2366973 C1 RU 2366973C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- reflected signals
- threshold
- reflected
- target
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидролокации и может быть применено для распознавания неподвижных и малоподвижных целей сложной геометрической формы (реальных морских объектов, дна или аквалангистов) от случайных реверберационных помех (объемной и поверхностной реверберации).The invention relates to sonar and can be used to recognize stationary and inactive targets of complex geometric shape (real marine objects, bottom or scuba divers) from random reverberation interference (volume and surface reverberation).
Известны способы и устройства распознавания целей по гидролокационным и радиолокационным сигналам от реверберационных помех (см. патент Франции №2524983 МКИ3 G01S 9/00, приоритет от 10.04.82; патент Швеции №2404231, МКИ G01S 9/00, публикация 25.05.79; международная заявка №86/01001, МКИ4 G01S 13/52, 7/23 публикация 13.02.86 г.; международная заявка №86/01000, МКИ4 G01S 7/52, 15/87 публикация 13.02.86 г.; заявка Франции №2525774, МКИ G01S 7/28, 15/00 публикация 28.10.83 г.; европейская заявка №0093057, МКИ G01S 15/52; патент США №4195359 MKИ G01S 9/66, 7/23 публикация 25.03.80 г. и др.).Known methods and devices for target recognition by sonar and radar signals from reverberation interference (see French patent No. 2524983 MKI 3 G01S 9/00, priority 10.04.82; Swedish patent No. 2404231, MKI G01S 9/00, publication 25.05.79; international application No. 86/01001, MKI 4 G01S 13/52, 7/23 publication 13.02.86; international application No. 86/01000, MKI 4 G01S 7/52, 15/87 publication 13.02.86; French application No. 2525774, MKI
В известных способах используется излучение зондирующих импульсов и прием отраженных сигналов. Устанавливаются пороги для обнаружения отраженных сигналов. В отдельных случаях измеряется дистанция от излучения до рассеивающих отражений. Анализируются спектры отраженных сигналов и распознаются реверберационные помехи от движущихся целей, отличающихся существенными доплеровскими смещениями спектра отраженных сигналов за счет движения целей.In known methods, the radiation of probe pulses and the reception of reflected signals are used. Thresholds are set to detect reflected signals. In some cases, the distance from radiation to scattering reflections is measured. The spectra of the reflected signals are analyzed and reverberation interference from moving targets, which differ in significant Doppler shifts of the spectrum of the reflected signals due to the movement of the targets, is recognized.
Распознаются неподвижные и малоподвижные цели при условии существенного превышения уровней отраженных эхо-сигналов от целей над уровнем реверберационных помех.Fixed and sedentary targets are recognized provided that the levels of reflected echo signals from the targets are significantly higher than the reverberation noise level.
В патенте Швеции №2404231 «Способ, позволяющий отличить сигналы от перемещающихся целей от сигналов, отраженных поверхностью воды» (МКИ G01S 9/00, публикация 25.05.79) излучают звуковые зондирующие импульсы и принимают отраженные сигналы. Измеряют спектры волн отражающей взволнованной поверхности воды и максимальный угол наклона этой поверхности относительно излучателя. Определяют максимально ожидаемое изменение расстояния между излучателем и поверхностью воды в отсутствие цели. Распознают только перемещающую цель по спектру отраженных сигналов, отличающихся от спектра сигналов, рассеянных взволнованной поверхностью, и по расстоянию до перемещающейся цели, отличному от дистанции между излучателем и взволнованной поверхностью воды.In Swedish patent No. 2404231 “A method for distinguishing signals from moving targets from signals reflected by the surface of the water” (MKI G01S 9/00, publication 05/25/79) emit sound sounding pulses and receive the reflected signals. The wave spectra of the reflective excited water surface and the maximum angle of inclination of this surface relative to the emitter are measured. Determine the maximum expected change in the distance between the emitter and the surface of the water in the absence of a target. Only the moving target is recognized by the spectrum of the reflected signals, different from the spectrum of the signals scattered by the excited surface, and by the distance to the moving target, different from the distance between the emitter and the excited surface of the water.
Известен способ локации и обнаружения (патент РФ №2176401) подводной цели на охраняемой морской акватории, суть которого заключается в том, что с помощью сфокусированного излучения в месте предполагаемого расположения цели в охраняемой морской акватории излучают ударную звуковую волну или последовательность ударных звуковых волн. Отраженные от подводной цели звуковые волны вместе с излученными звуковыми волнами принимаются гидроакустическим приемником с остронаправленной характеристикой направленности. В результате обработки принятых сигналов выполняют обнаружение и сопровождение подводной цели. При этом обнаружение цели возможно, если уровень отраженного сигнала от нее существенно превышает уровень реверберационных помех.A known method of location and detection (RF patent No. 2176401) of an underwater target in a protected marine area, the essence of which is that using focused radiation in the place of the intended location of the target in a protected marine area they emit a shock sound wave or a sequence of shock sound waves. Sound waves reflected from an underwater target along with radiated sound waves are received by a sonar receiver with a highly directional directivity characteristic. As a result of processing the received signals, the underwater target is detected and tracked. Moreover, target detection is possible if the level of the reflected signal from it significantly exceeds the level of reverberation noise.
Известен способ обнаружения подводных объектов на морском рубеже в мелком море (патент РФ №2161319), в котором излучают направленные в верхнее полупространство гидроакустические импульсы из ряда точек с известными координатами, расположенных на дне на линии рубежа, принимают отраженные от объектов эхо-сигналы в этих же точках и о месте положения объекта судят по координатам приемника, обнаружившего эхо-сигнал, излучают импульсы в соседних точках разной частоты на разных частотах и во всех точках одновременно, принимают в каждой точке эхо-сигнал собственной частоты и по меньшей мере двух других частот от соседних по линии излучателей с каждой стороны, расстояние между соседними точками приемоизлучения выбирают равным двойной глубине моря по линии рубежа, время прихода эхо-сигналов ограничивают временем прихода отраженных от поверхности моря импульсов на каждой из принимаемых в данной точке частот, а местоположение обнаруженного объекта уточняют по координатам излучателей, работающих на частоте принятых эхо-сигналов. Следят за уровнем прямых гидроакустических импульсов, принятых от соседнего излучателя, и при изменении этого уровня судят о появлении объекта вблизи дна. Однако этим способом не может быть обнаружен подводный объект или аквалангист, зависающий на поверхности или вблизи поверхности моря, а также аквалангист или подводный объект неподвижный или идущий с малой скоростью на фоне объемной реверберации, например рыбных скоплений.There is a method of detecting underwater objects at the sea line in the shallow sea (RF patent No. 2161319), in which sonar pulses directed to the upper half-space are emitted from a number of points with known coordinates located at the bottom on the boundary line, and receive echo signals from these objects the same points and the position of the object are judged by the coordinates of the receiver that detected the echo signal, emit pulses at neighboring points of different frequencies at different frequencies and at all points at the same time, take an echo from each point drove the natural frequency and at least two other frequencies from neighboring emitters on each side of the line, the distance between adjacent pick-up points is chosen equal to the double depth of the sea along the boundary line, the arrival time of the echo signals is limited by the arrival time of the pulses reflected from the sea surface at each of the received at this frequency point, and the location of the detected object is specified by the coordinates of the emitters operating at the frequency of the received echo signals. They monitor the level of direct sonar pulses received from a neighboring emitter, and when this level changes, the appearance of an object near the bottom is judged. However, this method cannot be detected underwater object or scuba diver, hanging on the surface or near the surface of the sea, as well as scuba diver or underwater object stationary or walking at low speed against the background of volumetric reverb, such as fish clusters.
Известен способ обнаружения подводных объектов, в основе которого лежит облучение контролируемого пространства набором тонально-модулированных сигналов, несущие и модуляционные частоты которых выбраны в соответствии с предполагаемыми размерами объектов, их положением относительно поверхности водоема и скорости (см. патент РФ №2008692). Принятый сигнал расфильтровывают, детектируют и по ослаблению соответствующих компонент сигнала судят о наличии и размерах объектов. Устройство для обнаружения подводных объектов содержит излучатель, усилитель мощности, задающий генератор, модулятор, блок набора несущих частот, блок набора модуляционных частот, приемную антенну, усилитель, многоканальный частотный фильтр, детектор, индикатор. Способ выявляет известный объект при превышении отраженного от него сигнала над уровнем реверберационных помех.A known method for detecting underwater objects, which is based on the irradiation of the controlled space by a set of tone-modulated signals, the carrier and modulation frequencies of which are selected in accordance with the estimated size of the objects, their position relative to the surface of the reservoir and speed (see RF patent No. 2008692). The received signal is filtered, detected, and the attenuation of the corresponding signal components is judged on the presence and size of objects. A device for detecting underwater objects includes a radiator, a power amplifier, a master oscillator, a modulator, a set of carrier frequencies, a block of modulation frequencies, a receiving antenna, an amplifier, a multi-channel frequency filter, detector, indicator. The method identifies a known object when the signal reflected from it exceeds the reverberation noise level.
Известен способ обнаружения вторжения подводного объекта в контролируемую область водоема (патент США №4319349), использующий последовательное гидролокационное облучение различных зон контролируемого водоема и прием гидроакустических сигналов, отраженных от искомого подводного объекта гидроакустическим приемником, с последующим определением местоположения, курса и скорости движения объекта по параметрам принятого сигнала.A known method of detecting an invasion of an underwater object in a controlled area of a body of water (US patent No. 4319349), using sequential sonar irradiation of various zones of a controlled body of water and receiving hydroacoustic signals reflected from the desired underwater object with a sonar receiver, with subsequent determination of the location, course and speed of the object according to the parameters received signal.
Известен способ обнаружения вторжения подводного объекта в контролируемую акваторию водоема (патент РФ №2150123), в котором с помощью гидроакустических отражателей, располагаемых по эллиптической поверхности, задают контролируемую область водоема. В фокусах эллиптической поверхности располагают гидроакустические излучатель и приемник. Излучатель выполняют в виде круговой гидроакустической антенны, а приемник, подключенный к индикатору кругового обзора, - с равномерной характеристикой направленности. Последовательно по различным направлениям излучатель формирует импульсы акустической энергии, которые за один и тот же промежуток времени достигают приемника, отражаясь от гидроакустических отражателей. На индикаторе кругового обзора формируется серия импульсов. При вторжении подводного объекта в контролируемую зону один из импульсов на индикаторе кругового обзора пропадает, что указывает на наличие цели. Последовательная обработка выходных сигналов позволяет определить курс и скорость движения цели. Этот способ будет давать ложные срабатывания при вхождении в охраняемый водоем рыб. Охраняемый водоем не может охватывать поверхность моря.A known method of detecting an invasion of an underwater object in a controlled water area of the reservoir (RF patent No. 2150123), in which using the sonar reflectors located on an elliptical surface, set the controlled region of the reservoir. In the foci of the elliptical surface have a sonar emitter and receiver. The emitter is made in the form of a circular sonar antenna, and the receiver connected to the indicator of all-round visibility, with a uniform directional characteristic. Consistently in different directions, the emitter generates pulses of acoustic energy, which for the same period of time reach the receiver, reflected from hydroacoustic reflectors. A series of pulses are formed on the circular view indicator. When an underwater object invades the monitored zone, one of the pulses on the circular viewing indicator disappears, which indicates the presence of a target. Sequential processing of the output signals allows you to determine the course and speed of the target. This method will give false positives when entering fish in a protected reservoir. A protected body of water cannot cover the surface of the sea.
В качестве прототипа принимается патент Франции №2524983 «Способ и устройство для распознавания целей и подавления паразитных сигналов в радиолокационных и гидролокационных станциях» МКИ G01S 7/66, приоритет от 10.04.82 г.As a prototype, French patent No. 2524983 “Method and device for target recognition and suppression of spurious signals in radar and sonar stations,” MKI G01S 7/66, priority from 04/10/82, is accepted.
В этом способе контролируемая станцией зона подразделяется по азимуту и дальности на несколько ячеек. Для каждой ячейки оценивается средняя мощность суммарной (шумовой и реверберационной) помех адаптивным способом. В результате этих оценок устанавливается порог в каждой ячейке, превышающий уровень суммарной помехи. Если уровень отраженного сигнала в ячейке превышает порог, то фиксируется присутствие цели. Дополнительно предусматривается подавление реверберационных помех и отраженных сигналов от неподвижных и малоподвижных целей, не имеющих доплеровского смещения спектров или имеющих малое доплеровское смещение. При этом диапазон скоростей малоподвижных целей, отраженные сигналы от которых подавляются вместе с реверберационной помехой, определяются шириной полосы подавляющего (режекторного) фильтра, настроенного на ширину спектра реверберационных помех. Движущие цели сортируются по нескольким диапазонам скоростей в зависимости от величины доплеровского смещения спектров отраженных от них сигналов.In this method, the station-controlled zone is divided in azimuth and range into several cells. For each cell, the average power of the total (noise and reverberation) interference is estimated in an adaptive way. As a result of these estimates, a threshold is established in each cell that exceeds the level of total interference. If the level of the reflected signal in the cell exceeds the threshold, then the presence of the target is recorded. Additionally, suppression of reverberation noise and reflected signals from stationary and inactive targets that do not have Doppler shift spectra or have a small Doppler shift is provided. In this case, the speed range of sedentary targets, the reflected signals from which are suppressed together with the reverberation noise, are determined by the bandwidth of the suppression (notch) filter tuned to the width of the spectrum of the reverberation noise. Driving targets are sorted by several speed ranges depending on the magnitude of the Doppler shift of the spectra of the signals reflected from them.
Этот способ позволяет распознавать неподвижные и малоподвижные цели от реверберационных помех, но только в том случае, когда уровень отраженных сигналов от этих целей уверенно превышает уровень реверберационных помех, оцениваемый в отсутствие целей, на величину задаваемого порога.This method allows you to recognize stationary and sedentary targets from reverberation interference, but only if the level of reflected signals from these targets confidently exceeds the level of reverberation interference, estimated in the absence of targets, by the value of the specified threshold.
Целью настоящего предложения является повышение помехоустойчивости распознавания неподвижных и малоподвижных целей сложной геометрической формы (морских подводных объектов, дна или аквалангистов) от объемной и поверхностной реверберации.The aim of this proposal is to increase the noise immunity of recognition of stationary and inactive targets of complex geometric shape (marine underwater objects, bottom or scuba divers) from volume and surface reverberation.
Цель достигается тем, что в способе распознавания целей от случайных реверберационных помех (включающем циклическое излучение зонирующих импульсов, прием отраженных сигналов, установление амплитудного первого порога для обнаружения отраженных сигналов на фоне шумовых помех и обработку отраженных сигналов) излучают зондирующий импульс с высоким разрешением по дальности, в каждом из двух соседних циклов лоцирования выделяют один или несколько отраженных сигналов по превышению их уровня над первым порогом в пределах временного строба, соизмеримого с длительностью отраженного сигнала от цели, выполняют их согласованную фильтрацию, выделяют огибающие и из их максимумов формируют одинаковые по амплитуде или пропорциональные амплитуде максимумов последовательности импульсов, например, прямоугольных, записывают эти последовательности импульсов в оперативную память, затем вычисляют взаимные корреляционные функции между соответствующими последовательностями импульсов, записанными в память в двух соседних циклах лоцирования, определяют и запоминают средний уровень каждой вычисленной взаимной корреляционной функции на участке определенной продолжительности и распознают цель, соответствующую двум отраженным сигналам в соседних циклах, для которых во взаимной корреляционной функции наблюдается максимум, превышающий ее средний уровень на величину задаваемого второго порога. При обработке сигналов за несколько циклов облучения усредняют вычисляемые взаимные корреляционные функции в соседних циклах и распознают цель по превышению максимума в усредненной взаимной корреляционной функции ее среднего уровня на величину задаваемого второго порога.The goal is achieved by the fact that in the method of target recognition from random reverberation interference (including cyclic radiation of zoning pulses, receiving reflected signals, setting an amplitude first threshold for detecting reflected signals against the background of noise interference and processing reflected signals) emit a probe pulse with a high range resolution, in each of two adjacent locations, one or more reflected signals are distinguished by exceeding their level above the first threshold within the time strobe, commensurate with the duration of the reflected signal from the target, they are matched by filtering, envelopes are extracted, and pulse sequences of the same amplitude or proportional to the amplitude of the maxima are formed from their maxima, for example, rectangular, these sequences of pulses are recorded in RAM, then the mutual correlation functions between the corresponding sequences are calculated pulses recorded in the memory in two adjacent cycles of location, determine and remember the average level azhdoy calculated mutual correlation function for a certain duration portion and recognizing the target, corresponding to the two reflected signals in adjacent cycles, for which there is a peak greater than its average level by an amount specified by the second threshold in the mutual correlation function. When processing signals for several irradiation cycles, the calculated mutual correlation functions in neighboring cycles are averaged and the target is recognized by exceeding the maximum in the average mutual correlation function of its average level by the value of the specified second threshold.
Существенными отличительными признаками заявляемого решения от известных технических решений и прототипа являются:Salient features of the proposed solutions from the known technical solutions and prototype are:
- вычисление взаимных корреляционных функций между соответствующими последовательностями импульсов, сформулированных из максимумов огибающих сжатых в согласованном фильтре отраженных сигналов, зарегистрированных в соседних циклах лоцирования цели;- calculation of mutual correlation functions between the corresponding sequences of pulses formulated from the maxima of the envelopes of the reflected signals compressed in the matched filter recorded in the neighboring target location cycles;
- распознавание цели, соответствующей двум отраженным сигналам в соседних циклах лоцирования, для которых во взаимной корреляционной функции наблюдается максимум, превышающий ее средний уровень на величину задаваемого второго порога.- recognition of the target corresponding to two reflected signals in adjacent location cycles for which a maximum is observed in the mutual correlation function, exceeding its average level by the value of the specified second threshold.
Таким образом, заявляемое решение обладает существенными отличиями.Thus, the claimed solution has significant differences.
Положительный эффект - повышение помехоустойчивости распознавания неподвижных и малоподвижных целей (морских подводных объектов - МПО, дна или аквалангистов) от поверхностной и объемной реверберации достигается за счет вычисления взаимной корреляционной функции между последовательностями импульсов, сформированными из максимумов огибающих сжатых сигналов, отраженных от цели на близких углах лоцирования (угол лоцирования между циклами облучения цели изменяется не более чем на 2-3°). Отраженные сигналы от цели состоят из суммы импульсов, задержки между которыми {τj} соответствуют расположению наиболее существенных по отражающей способности элементов объекта. При небольшом изменении угла лоцирования (2-3°) задержки между импульсами {τj} в отраженных сигналах изменяются незначительно. Эти задержки {τj} выявляются непосредственно в виде временных положений максимумов в огибающей отраженного сигнала при использовании короткого зондирующего импульса (пространственная длина которого существенно меньше длины цели) и в огибающей сжатого в согласованном фильтре отраженного сигнала при использовании сложного зондирующего импульса, например, с частотной модуляцией.The positive effect is an increase in the noise immunity of recognition of stationary and inactive targets (marine underwater objects - MPO, bottom or scuba divers) from surface and volume reverb is achieved by calculating the mutual correlation function between sequences of pulses formed from the maxima of the envelopes of the compressed signals reflected from the target at close angles location (the angle of location between the cycles of irradiation of the target changes by no more than 2-3 °). The reflected signals from the target consist of the sum of pulses, the delays between which {τ j } correspond to the location of the most significant elements in the reflectivity of the object. With a small change in the angle of location (2-3 °), the delays between pulses {τ j } in the reflected signals change insignificantly. These delays {τ j } are detected directly in the form of temporal positions of the maxima in the envelope of the reflected signal when using a short probe pulse (the spatial length of which is significantly less than the length of the target) and in the envelope of the reflected signal compressed in a matched filter when using a complex probe pulse, for example, with a frequency modulation.
При использовании сложных зондирующих импульсов в согласованном фильтре выполняется сжатие отраженных сигналов. При применении коротких тональных зондирующих импульсов вместо согласованной фильтрации выполняют полосовую частотную фильтрацию отраженных сигналов. Устойчивость временных положений максимумов {τj} была доказана при выполнении многоальтернативного распознавания реальных подводных объектов сложной геометрической формы (Давыдов B.C. Оптимальное решающее правило для распознавания тел сложной геометрической формы по отраженным гидроакустическим сигналам. Труды IV Дальневосточной конференции «Акустические методы и средства исследования океана» АН СССР, Владивосток 1986 г.) Амплитуды этих максимумов менее устойчивы к изменению угла лоцирования. Поэтому из максимумов огибающей сжатого сигнала часто целесообразно формировать последовательность импульсов, одинаковых по амплитуде, например, прямоугольных. Тем самым выделяют из отраженного сигнала информацию о взаимном расположении наиболее существенных отражателей на корпусе подводного объекта. В двух отраженных от корпуса цели сигналах на близких углах лоцирования {τi} почти совпадают. Поэтому во взаимной корреляционной функции, вычисляемой между последователями импульсов, временные задержки между которыми почти совпадают и равны {τj}, наблюдается максимум. Этот максимум будет превышать средний уровень взаимокорреляционной функции в N раз, пропорционально числу совпадающих максимумов в двух последовательностях. Число этих максимумов равно числу наиболее существенных отражающих элементов корпуса объекта. Этот максимум не будет формироваться при вычислении взаимной корреляционной функции между последовательностями импульсов, построенными из случайных реверберационных помех (объемной и поверхностной реверберации), определяемых рассеянием зондирующих импульсов на движущихся по случайному закону рассеивателях (например, скоплений рыб, взволнованной поверхности моря). Для этих реверберационных помех отсутствует устойчивость временных положений максимумов {tj} в соседних циклах лоцирования. Аналогично этот максимум не будет наблюдаться при вычислении взаимной корреляционной функции между последовательностями импульсов, сформированными из реверберационной помехи и отраженного от цели сигнала.When using complex probe pulses in a matched filter, compression of the reflected signals is performed. When applying short tonal probe pulses instead of matched filtering, band-pass frequency filtering of the reflected signals is performed. The stability of the temporal positions of the maxima {τ j } was proved by performing multi-alternative recognition of real underwater objects of complex geometric shape (Davydov BC The optimal decision rule for recognizing bodies of complex geometric shape by reflected hydroacoustic signals. Proceedings of the IV Far Eastern Conference "Acoustic Methods and Means of Ocean Research" AN USSR, Vladivostok 1986) The amplitudes of these maxima are less resistant to a change in the angle of location. Therefore, it is often advisable to form a sequence of pulses of the same amplitude, for example, rectangular, from the maxima of the envelope of the compressed signal. Thereby, information on the relative position of the most significant reflectors on the underwater object’s body is extracted from the reflected signal. In two signals reflected from the target’s body at close location angles {τ i }, they almost coincide. Therefore, in the mutual correlation function calculated between successors of pulses, the time delays between which almost coincide and are equal to {τ j }, a maximum is observed. This maximum will exceed the average level of the cross-correlation function by N times, in proportion to the number of coinciding maxima in two sequences. The number of these maxima is equal to the number of the most significant reflective elements of the object’s body. This maximum will not be formed when calculating the mutual correlation function between sequences of pulses constructed from random reverberation noise (volume and surface reverberation), determined by the scattering of probing pulses by randomly moving scatterers (for example, fish clusters, excited sea surface). For these reverberation noises, there is no stability in the temporal positions of the maxima {t j } in adjacent location cycles. Similarly, this maximum will not be observed when calculating the cross-correlation function between sequences of pulses generated from reverberation noise and the signal reflected from the target.
Для распознавания неподвижных и малоподвижных целей требуется определить превышение максимума во взаимной корреляционной функции над ее средним уровнем на величину задаваемого второго порога. При этом уровень реверберационных помех может быть соизмерим с уровнем отраженных от цели сигналов, так как за счет формирования одинаковых по амплитуде последовательностей импульсов исключается информация об уровнях отраженных сигналов и реверберационных помех. В прототипе для распознавания неподвижных и малоподвижных целей уровень реверберационных помех должен быть меньше уровня отраженных сигналов от цели на величину задаваемого порога.To recognize stationary and inactive goals, it is required to determine the excess of the maximum in the mutual correlation function over its average level by the value of the specified second threshold. Moreover, the level of reverberation noise can be commensurate with the level of signals reflected from the target, since information about the levels of reflected signals and reverberation noise is excluded due to the formation of pulse sequences of equal amplitude. In the prototype for the recognition of stationary and inactive targets, the level of reverberation noise should be less than the level of reflected signals from the target by the value of the specified threshold.
Таким образом, в заявляемом решении допускается уровень случайных реверберационных помех (поверхностной и объемной реверберации), соизмеримый с уровнем отраженных от цели сигналов, превышающий допустимый уровень реверберационных помех в прототипе.Thus, in the claimed solution, the level of random reverberation interference (surface and volume reverb) is allowed, comparable with the level of signals reflected from the target, exceeding the allowable level of reverberation interference in the prototype.
Следовательно, помехоустойчивость заявляемого решения выше, чем у прототипа и других известных способов распознавания неподвижных и малоподвижных целей на фоне реверберационных помех.Therefore, the noise immunity of the proposed solution is higher than that of the prototype and other known methods for the recognition of stationary and inactive targets against a background of reverberation interference.
На фиг.1 приведен пример записи огибающих сжатых в согласованном фильтре зондирующего импульса, реверберационной помехи и отраженного от реальной цели сигнале, записанных во время ладожских испытаний, гдеFigure 1 shows an example of recording envelopes compressed in a matched filter of a probe pulse, reverberation noise and a signal reflected from a real target, recorded during the Ladoga tests, where
1 - огибающая сжатого зондирующего импульса;1 - envelope of the compressed probe pulse;
2 - огибающая сжатой реверберационной помехи;2 - envelope of compressed reverberation noise;
3 - огибающая сжатого отраженного сигнала.3 - envelope of the compressed reflected signal.
На фиг.2 приведен пример распознавания цели, состоящей из нескольких отражателей, от случайной реверберационной помехи при использовании коротких зондирующих импульсов, гдеFigure 2 shows an example of target recognition, consisting of several reflectors, from random reverberation noise when using short probing pulses, where
1 - огибающая короткого зондирующего импульса в первом цикле излучения;1 - envelope of a short probe pulse in the first radiation cycle;
2 - огибающая реверберационной помехи и отраженного сигнала в первом цикле излучения;2 - envelope of reverberation noise and reflected signal in the first radiation cycle;
3 - последовательности импульсов, сформированных из максимумов огибающих реверберационного и отраженного сигналов в первом цикле излучения;3 - a sequence of pulses formed from the maxima of the envelopes of the reverberation and reflected signals in the first radiation cycle;
4 - огибающая короткого зондирующего импульса во втором цикле излучения;4 - envelope of a short probe pulse in the second radiation cycle;
5 - огибающая реверберационной помехи и отраженного сигнала во втором цикле излучения;5 - envelope of reverberation noise and reflected signal in the second radiation cycle;
6 - последовательность импульсов, сформированная из максимумов огибающих реверберационного и отраженного сигналов во втором цикле излучения;6 - a sequence of pulses formed from the maxima of the envelopes of the reverberation and reflected signals in the second radiation cycle;
7 - взаимная корреляционная функция между последовательностями импульсов, представленная в упрощенном виде.7 - mutual correlation function between sequences of pulses, presented in a simplified form.
На фиг.3 приведены:Figure 3 shows:
а) Гистограммы распределения максимумов огибающих взаимных корреляционных функций - ОВКФ Smах между эхо-сигналами и зондирующими импульсами, а также между реверберацией (режим №5 - II участок) и зондирующими импульсами.a) Histograms of the distribution of the maxima of the envelopes of the mutual correlation functions - OVKF S max between the echo signals and sounding pulses, as well as between the reverberation (mode No. 5 - II section) and sounding pulses.
б) Гистограммы распределения максимумов знаковых корреляционных функцийb) Histograms of the distribution of the maxima of the sign correlation functions
rmах для эхо-сигналов и реверберации (режим №5 - II участок), полученных в соседних циклах облучения цепи.r max for echo signals and reverberation (mode No. 5 - II section) obtained in adjacent circuit irradiation cycles.
Предложенный способ может быть реализован устройством, функциональная схема которого приведена на фиг.4.The proposed method can be implemented by a device, a functional diagram of which is shown in figure 4.
1 - генератор зондирующих импульсов,1 - probe pulse generator,
2 - усилитель мощности,2 - power amplifier,
3 - приемоизлучающая антенна,3 - transceiving antenna,
4 - распознаваемая цель,4 - recognizable target
5 - усилитель приемного тракта,5 - amplifier receiving path,
6 - первый компаратор,6 - the first comparator,
7 - ждущий мультивибратор,7 - standby multivibrator,
8 - ключевая схема,8 is a key diagram,
9 - пеленгатор,9 - direction finder,
10 - счетчик импульсов,10 - pulse counter,
11 - усилитель-ограничитель,11 - amplifier limiter
12 - согласованный фильтр,12 - matched filter,
13 - схема синхронизации,13 is a synchronization circuit,
14 - детектор,14 - detector
15 - второй компаратор,15 is a second comparator,
16 - устройство ввода данных,16 is a data input device,
17 - оперативная память,17 - RAM
18 - устройство вывода данных,18 is a data output device,
19 - коррелятор,19 - correlator,
20 - линия задержки,20 - delay line
21 - интегратор,21 - integrator
22 - запоминающее устройство,22 is a storage device,
23 - вычитающее устройство,23 is a subtractive device,
24 - третий компаратор,24 - the third comparator,
25 - индикатор.25 - indicator.
На фиг.1 видно, что в реальных условиях уровень огибающей реверберационной помехи после ее сжатия в согласованном фильтре может превышать уровень огибающей сжатого отраженного сигнала. В данном примере в качестве зондирующего импульса был использован фазоманипулированный сигнал. Аналогичное превышение уровней огибающих сжатых в согласованном фильтре реверберационных помех над уровнем огибающих отраженных от целей сигналов наблюдается при использовании сложных зондирующих импульсов с другим видом модуляции (например, с частотной модуляцией). При этом наиболее распространенной реверберационной помехой является случайная помеха, определяемая объемной и поверхностной реверберацией (как в примере на фиг.1). При этом временные положения максимумов огибающей реверберационной помехи изменяются случайным образом от одного цикла излучения к другому. Напротив, временные положения максимумов {τj} в огибающей отраженных от цели сигналов изменяются незначительно при небольшом изменении угла лоцирования цели, что имеет место в соседних циклах облучения цели. Это свойство целей (МПО, дна и аквалангистов) предлагается использовать для их распознавания от случайных реверберационных помех (объемной и поверхностной реверберации). Этим способом можно распознавать рыбные косяки (объемную реверберацию) на фоне донной реверберации. Уровень шумовых помех, как правило, значительно меньше уровня реверберационных помех, что имеет место в примере на фиг.1.Figure 1 shows that in real conditions the level of the envelope of the reverberation interference after its compression in the matched filter may exceed the level of the envelope of the compressed reflected signal. In this example, a phase-shift signal was used as a probe pulse. A similar excess of the envelope levels of the compressed reverberations in the matched filter over the envelope levels of the signals reflected from the targets is observed when using complex sounding pulses with a different type of modulation (for example, with frequency modulation). In this case, the most common reverberation noise is random interference, determined by volume and surface reverberation (as in the example in FIG. 1). In this case, the temporal positions of the maxima of the envelope of the reverberation noise vary randomly from one radiation cycle to another. On the contrary, the temporal positions of the maxima {τ j } in the envelope of the signals reflected from the target change insignificantly with a small change in the angle of target location, which takes place in neighboring cycles of target irradiation. It is proposed to use this property of targets (MPO, bottom and scuba divers) for their recognition from random reverberation interference (volume and surface reverberation). In this way, fish schools (volumetric reverb) can be recognized against the background of bottom reverb. The level of noise interference, as a rule, is significantly lower than the level of reverberation interference, which is the case in the example of FIG. 1.
На фиг.2 показаны огибающие коротких зондирующих импульсов 1, 4, излучаемые в двух соседних циклах лоцирования цели. Огибающие реверберационных помех и отраженных сигналов 2, 5 превышают первый порог Un1, устанавливаемый исходя из уровня шумовых помех. Сначала показан зарегистрированный в приемном тракте сигнал реверберационной помехи Up, а затем - отраженный сигнал Uотр. Из максимумов огибающих реверберационных помех и отраженных сигналов сформированы последовательности прямоугольных импульсов. На фиг.2 показано, что задержки между импульсами {τj} в последовательностях, сформированных из отраженных от цели сигналах, повторяются в двух соседних циклах облучения цели. Напротив, задержки между импульсами {τj} в последовательностях, сформированных из реверберационных помех, изменяются в двух соседних циклах. Взаимные корреляционные функции (знаковая) между последовательностями импульсов 7 показаны на фиг.2 в упрощенном виде. Взаимная корреляционная функция между последовательностями импульсов, сформированных из реверберационных помех Кр, не имеет ярко выраженного максимума. Во взаимной корреляционной функции, выполненной между последовательностями импульсов, сформированных из отраженных сигналов Котр, наблюдается максимум, превышающий средний уровень взаимной корреляционной функции, на величину второго порога Un2.Figure 2 shows the envelopes of the
На фиг.3 представлен пример результатов обработки экспериментальных данных, полученных при проведении морских испытаний на Черном море. На верхнем графике (фиг.3а) приведены гистограммы распределения максимумов огибающих взаимных корреляционных функций - ОВКФ S(t) между сложными зондирующими импульсами и эхо-сигналами sэ(t) от тела сложной формы, а также между зондирующими импульсами и реверберацией sp(t); здесь же дана вероятность правильного распознавания sэ(t) и sp(t) по максимальному отклику согласованного фильтра Smax(t) с указанием в скобках доверительного интервала. На нижнем графике (фиг.3б) приведены гистограммы распределения максимумов знаковых корреляционных функций rmax(j) для эхо-сигналов sэ(t) и реверберации sp(t), полученных по методу междуцикловой корреляционной обработки сигналов в двух соседних циклах облучения тела сложной формы; здесь же дана вероятность правильного распознавания sэ(t) и sp(t) по максимальному значению знаковой корреляционной функции rmax(j) с указанием в скобках доверительного интервала. Видно, что метод междуцикловой корреляционной обработки сигналов позволяет значительно повышать вероятность правильного распознавания эхо-сигналов от тела сложной геометрической формы и реверберационных помех.Figure 3 presents an example of the results of processing experimental data obtained during marine trials in the Black Sea. The upper graph (Fig. 3a) shows the histograms of the distribution of the envelope maximums of the mutual correlation functions - OVKF S (t) between complex probe pulses and echo signals s e (t) from a body of complex shape, as well as between probe pulses and reverberation s p ( t); here the probability of correct recognition of s e (t) and s p (t) by the maximum response of the matched filter S max (t) is given with an indication of the confidence interval in brackets. The lower graph (Fig.3b) shows histograms of the distribution of the maxima of the sign correlation functions r max ( j ) for echo signals s e (t) and reverberation s p (t) obtained by the method of inter-cycle correlation processing of signals in two adjacent body irradiation cycles complex shape; here the probability of correct recognition of s e (t) and s p (t) by the maximum value of the sign correlation function r max ( j ) is given with an indication of the confidence interval in brackets. It can be seen that the method of inter-cycle correlation signal processing can significantly increase the probability of correct recognition of echo signals from a body of complex geometric shape and reverberation noise.
В устройстве, реализующем предлагаемый способ (фиг.4), генератор 1 по команде из схемы синхронизации 13 формирует зондирующие импульсы с высоким разрешением по дальности (короткие или сложные зондирующие импульсы). Эти импульсы усиливаются в усилителе мощности 2 и излучаются с помощью антенны 3. Отраженные от цели 4 сигналы и реверберационные помехи усиливаются в усилителе приемного тракта 5. Если принятые сигналы превышают первый порог, устанавливаемый исходя из уровня шумовой помехи, то срабатывает первый компаратор 6 и включается ждущий мультивибратор 7, который формирует импульс временного строба по длительности, соизмеримого с длительностью ожидаемого отраженного сигнала. Этот импульс открывает ключевую схему 8 и пропускает сигналы с выхода усилителя 5 на вход усилителя-ограничителя 11, нормирующего эти сигналы по амплитуде. После нормирования эти сигналы сжимаются в согласованном фильтре 12 (при использовании сложных зондирующих импульсов) или проходят через полосовой фильтр (являющийся согласованным для тональных зондирующих импульсов). С выхода согласованного фильтра 12 сигналы поступают на детектор 14, в котором выделяются огибающие принятых сигналов. Из максимумов этих огибающих формируются последовательности прямоугольных импульсов с помощью второго компаратора 15. Эти последовательности импульсов через устройство ввода 16 записываются в оперативную память 17 по командам из схемы синхронизации 13. В оперативную память записываются также величины пеленгов на цель, измеренных по каждому из принятых сигналов с помощью пеленгатора 9. Пеленгатор измеряет пеленг по двум отраженным сигналам, поступающим на его вход с двух фазовых центров антенны через два усилителя, заключенных в блоке усилителя приемного тракта 5. По запускающему импульсу от схемы синхронизации 13 включается счетчик импульсов 10, измеряющий дальность до цели путем подсчета импульсов между зондирующим (или запускающим его импульсом) и отраженным сигналом. Значение дальностей, измеренных счетчиком импульсов 10 для соответствующих отраженных сигналов, также запоминается в оперативной памяти 17. После записи в память всей указанной информации схема синхронизации 13 дает команду генератору зондирующих импульсов 1 на излучение следующего зондирующего импульса. В следующем цикле облучения цели аналогично в той же последовательности отрабатываются отраженные сигналы и реверберационные помехи и аналогичная информация записывается в оперативную память 17. Затем через устройство вывода данных 18 по команде из схемы синхронизации 13 соответствующие последовательности импульсов, записанные в двух соседних циклах, считываются и поступают в коррелятор 19, где вычисляются взаимные корреляционные функции. Средние уровни вычисленных взаимных корреляционных функций определяются на переднем участке продолжительностью не более одной трети ее длительности с помощью интегратора 21, запоминаются в запоминающем устройстве 22 и поступают на вычитающее устройство 23. В вычитающем устройстве вычисляется разность между текущими значениями взаимной корреляционной функции и ее средним уровнем. Текущие значения взаимной корреляционной функции поступают в вычитающее устройство через линию задержки 20. С выхода вычитающего устройства величина разности поступает на третий компаратор 24 и сравнивается со вторым пороговым значением. При превышении порогового значения срабатывает третий компаратор 24. Выходной сигнал компаратора 24 поступает в оперативную память 17 и дает разрешение на считывание из памяти пеленгов на цель и дальностей до цели, измеренных для двух отраженных сигналов в соседних циклах лоцирования, вызвавших появление указанного максимума во взаимной корреляционной функции. Эти значения пеленгов и дальностей для двух соседних циклов высвечиваются или регистрируются с помощью индикатора 25.In a device that implements the proposed method (figure 4), the
Предлагаемый способ позволяет повысить помехоустойчивость распознавания целей сложной формы (МПО, дна и аквалангистов) от объемной и поверхностной реверберации. Он не может быть использован для распознавания целей на фоне донной реверберации (например, подводных скал). Это способ является устойчивым к возможным искажениям отраженных сигналов за счет многолучевого распространения сигналов в море.The proposed method allows to increase the noise immunity of recognizing targets of complex shape (MPO, bottom and scuba divers) from volume and surface reverberation. It cannot be used for target recognition against the background of bottom reverb (for example, underwater rocks). This method is resistant to possible distortion of the reflected signals due to the multipath propagation of signals in the sea.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108707/28A RU2366973C1 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Method for detection of targets from accidental reverberation disturbances |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108707/28A RU2366973C1 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Method for detection of targets from accidental reverberation disturbances |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2366973C1 true RU2366973C1 (en) | 2009-09-10 |
Family
ID=41166713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008108707/28A RU2366973C1 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Method for detection of targets from accidental reverberation disturbances |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2366973C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2466419C1 (en) * | 2011-06-29 | 2012-11-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of classifying sonar echo signal |
RU2525701C1 (en) * | 2012-12-29 | 2014-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Method to suppress reverberation interference |
RU2736097C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-11-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for detecting local object against background of distributed interference |
RU2736567C1 (en) * | 2019-12-31 | 2020-11-18 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of detecting local object against background of distributed interference in bistatic sonar |
RU2745108C1 (en) * | 2020-09-17 | 2021-03-22 | Кирилл Евгеньевич Кузнецов | Method for determining the difference in distances to a multiple response-impulse jammer in an active-passive multi-position radar system |
RU2791163C1 (en) * | 2022-06-17 | 2023-03-03 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for detecting probing signals |
CN117784028A (en) * | 2024-02-27 | 2024-03-29 | 南京天朗防务科技有限公司 | Random clutter recognition method, system, computer device and storage medium |
-
2008
- 2008-03-05 RU RU2008108707/28A patent/RU2366973C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2466419C1 (en) * | 2011-06-29 | 2012-11-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of classifying sonar echo signal |
RU2525701C1 (en) * | 2012-12-29 | 2014-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Method to suppress reverberation interference |
RU2736097C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-11-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for detecting local object against background of distributed interference |
RU2736567C1 (en) * | 2019-12-31 | 2020-11-18 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of detecting local object against background of distributed interference in bistatic sonar |
RU2745108C1 (en) * | 2020-09-17 | 2021-03-22 | Кирилл Евгеньевич Кузнецов | Method for determining the difference in distances to a multiple response-impulse jammer in an active-passive multi-position radar system |
RU2791163C1 (en) * | 2022-06-17 | 2023-03-03 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for detecting probing signals |
CN117784028A (en) * | 2024-02-27 | 2024-03-29 | 南京天朗防务科技有限公司 | Random clutter recognition method, system, computer device and storage medium |
CN117784028B (en) * | 2024-02-27 | 2024-05-28 | 南京天朗防务科技有限公司 | Random clutter recognition method, system, computer device and storage medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2366973C1 (en) | Method for detection of targets from accidental reverberation disturbances | |
US7852709B1 (en) | Sonar system and process | |
US5563849A (en) | Acoustic tracking system | |
US9268022B2 (en) | Underwater detection device and underwater detecting method | |
Stolkin et al. | Feature based passive acoustic detection of underwater threats | |
RU2473924C1 (en) | Method of detecting and classifying signal from target | |
Yang et al. | Clutter reduction using Doppler sonar in a harbor environment | |
RU2650835C1 (en) | Method of the target parameters determining by the sonar | |
RU2271551C2 (en) | Method for detecting underwater objects and device for realization of said method | |
RU2466419C1 (en) | Method of classifying sonar echo signal | |
US8400875B2 (en) | Active sonar system and active sonar method using a pulse sorting transform | |
Pearce et al. | Sharpening sidescan sonar images for shallow-water target and habitat classification with a vertically stacked array | |
CN110346802A (en) | Based on the Underwater Target Detection method for calculating underwater acoustic channel parameter | |
RU2460088C1 (en) | Method of detecting local object on background of distributed interference | |
Lennartsson et al. | Passive acoustic detection and classification of divers in harbor environments | |
US20060056273A1 (en) | Sonar system having multiple pulse sequences | |
RU2365938C1 (en) | Method of target isolation from random reverberation interferences | |
RU2368919C1 (en) | Method of identifying targets from sonar signals | |
RU2736567C1 (en) | Method of detecting local object against background of distributed interference in bistatic sonar | |
Jones et al. | Broadband classification and statistics of echoes from aggregations of fish measured by long-range, mid-frequency sonar | |
RU2150123C1 (en) | Method for detection of intrusion of underwater object into monitored region of natural pool | |
Tyack et al. | Acoustic behavior of beaked whales, with implications for acoustic monitoring | |
Das et al. | Analysis of effective signal design for active sensing of undersea objects/bottoms in tropical shallow waters | |
Schecklman et al. | Extraction of striations from continuous active sonar (CAS) data | |
Grimmett et al. | High duty cycle sonar tracking performance as a function of coherent processing interval for LCAS’15 data |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100306 |