RU2444747C1 - Способ определения пеленга на шумящий объект - Google Patents
Способ определения пеленга на шумящий объект Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444747C1 RU2444747C1 RU2010126808/28A RU2010126808A RU2444747C1 RU 2444747 C1 RU2444747 C1 RU 2444747C1 RU 2010126808/28 A RU2010126808/28 A RU 2010126808/28A RU 2010126808 A RU2010126808 A RU 2010126808A RU 2444747 C1 RU2444747 C1 RU 2444747C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- bearing
- phase difference
- acoustic
- receiver
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для гидроакустических исследований и определения местоположения подводных и поверхностных объектов с использованием акустических комбинированных приемников. Заявленный способ заключается в приеме акустического сигнала при "электрическом" вращении диаграммы направленности компонент x и y комбинированного приемника, состоящего из векторного приемника и гидрофона. Принятый сигнал подвергается аналого-цифровому преобразованию посредством преобразования Гильберта или Фурье с последующим преобразованием сигнала в аналитическую форму. Далее осуществляют вычисление отношения мнимой части сигнала к реальной и оценку по этому отношению разности фаз между акустическим давлением p(t) и ортогональными компонентами колебательной скорости
Description
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для гидроакустических исследований и определения местоположения подводных и поверхностных объектов с использованием акустических комбинированных приемников.
Известны способы определения пеленга на источник шума, например определение пеленгов источников звука в горизонтальной плоскости (з. РФ №2002113840, МПК7 G01S 3/00). Способ основан на приеме акустических колебаний двумя линейными группами электроакустических преобразователей, преобразовании акустических сигналов в пропорциональные электрические сигналы, измерении этих сигналов, определении пеленга на источник звука с использованием величин электрических сигналов и определении пеленга на источник звука по отношению между измеренными электрическими сигналами.
Известен способ определения углов пеленга низколетящих целей в пространстве по их акустическим излучениям (з. РФ №95103536, МПК6 G01S 3/808). Способ заключается в измерении разности прихода фаз акустической волны между разнесенными точками приема, при этом с целью получения кругового сектора обнаружения без механических перемещений приемной системы приходящий акустический сигнал измеряют в трех фиксированных точках горизонтальной плоскости, находящихся в вершинах равностороннего треугольника, и по значениям разности фаз между различными точками приема определяют углы пеленга низколетящей цели в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Однако эти способы обладают невысокой точностью определения пеленга и низкой помехозащищенностью. Кроме того, для их реализации требуются сложные построения устройства, используется сложная конфигурация и большие размеры приемных систем.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения пеленга на подводный объект, излучающий акустический гармонический сигнал с определенной частотой (п. РФ №2158430, МПК G01S 3/80). Способ включает генерацию и излучение подводным объектом вышеприведенного сигнала, прием сигнала приемником, состоящим, по меньшей мере, из восьми гидрофонов, образующих ориентированную в горизонтальной плоскости круговую измерительную базу, выделение квадратурных составляющих комплексной огибающей принятых акустических сигналов и измерение их фазы. Сигналы, принятые гидрофонами базы, предварительно фазируют на N направлений, проходящих через центр базы и каждый из N гидрофонов. Определяют направление, соответствующее максимуму сигнала, и гидрофон, лежащий на этом направлении. Пеленг на источник в локальной системе координат, связанный с круговой базой, определяют по формуле с учетом угловых координат φn гидрофонов, числа гидрофонов, кумулятивной фазы θn на n-м гидрофоне относительно фазы на гидрофоне, лежащем на направлении максимума сигнала, то есть направление на источник определяется по максимуму амплитуды и изменению фазы.
Основным недостатком такого способа является требование о необходимости излучения подводным объектом искусственного гармонического сигнала и учет при расчете пеленга только акустического давления, а также необходимость большого количества гидрофонов, расположенных определенным образом, что приводит к сложности выполнения способа, низкой помехоустойчивости и точности.
Задача данного изобретения заключается в разработке помехоустойчивого способа определения пеленга на шумящий объект, упрощении способа и повышении его точности, расширении диапазона рабочих частот способа, что достигается за счет учета в способе одновременно как скалярных, так и векторных информационных характеристик акустического поля и на основе скачка разности фаз между акустическим давлением и горизонтальными компонентами колебательной скорости.
Поставленная задача решается способом определения пеленга на шумящий подводный или надводный объект, включающий измерение в одной точке акустического поля одновременно четырех физических величин: трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости и акустического давления p(t) с использованием комбинированного приемника, включающего векторный приемник и гидрофон, преобразование полученного сигнала в цифровой код, перевод его в аналитическую форму для определения разности фаз между акустическим давлением и ортогональными компонентами колебательной скорости при "электрическом" повороте вокруг оси z характеристики направленности векторного приемника и по скачку разности фаз между акустическим давлением p(t) и ортогональными компонентами колебательной скорости Vx(t, α) и Vy(t, α) определяют пеленг на шумящий объект.
Способ основан на постоянном "электрическом" вращении вокруг оси z горизонтальных осей координат x и y комбинированного приемника по формуле
где ux, uy - электрические сигналы с каналов x и y, при угле поворота α=0, , - электрические сигналы, при повороте координат на азимутальный угол α.
Комбинированный приемник представляет собой устройство, включеющее векторный приемник и гидрофон [Щуров В.А. Векторная акустика океана. Дальнаука, 2003. 307 с.].
Скачок разности фаз происходит поочередно по одной из компонент колебательной скорости либо по Vx(t, α), либо по Vy(t, α), минимум характеристики направленности которой лежит на прямой, соединяющей комбинированный приемник и лоцируемый объект. При этом максимум характеристики направленности второй компоненты Vy(t, α) совпадает с минимумом направленности первой компоненты Vx(t, α).
После того как установлен сектор углов α0±Δα, в котором происходит скачок разности фаз на 180°, система координат x0y "качается" "электрическим" способом в угловом секторе α0±Δα для определения статистических характеристик: среднего значения <α0>и его среднеквадратического отклонения . Угол <α0>, отсчитываемый от оси x, совпадает с направлением на источник шума.
Алгоритм способа включает в себя следующую последовательность операций. Четырехкомпонентный узкополосный акустический сигнал p(t, f0), Vx(t, f0), Vy(t, f0), Vz(t, f0), регистрируемый векторным приемником и гидрофоном, преобразуется в цифровой код, который в вычислительном блоке преобразуется в аналитическую форму с использованием обычного математического преобразования, например преобразования Фурье или Гильберта:
S=S-j·Re(TH(S)),
где TH(S) - преобразование Гильберта сигнала S.
Вычисляется отношение мнимой и вещественной части аналитического сигнала для получения тангенса фазы:
где P(f) - акустическое давление, зависящее только от времени t; Vx(t, α), Vy(t, α) - ортогональные компоненты колебательной скорости, зависящие от времени t и азимутального угла поворота α; φp(t), φx(t, α), φy(t, α) - усредненные значения фазы акустического давления и колебательной скорости аналитического сигнала. Величина усреднения по времени зависит от скорости движения шумящего объекта.
Вывод о наличии шумящего объекта в данном направлении α0 следует из скачка разности фаз между акустическим давлением p(t) и компонентами колебательной скорости Δφx=φp-φx или Δφy=φp-φy при переходе через α0 от α0-Δα до α0+Δα.
Для повышения точности пеленгования находятся производные от Δφx(t, α) и Δφy(t, α) по углу α: , . Результирующий пеленг определяют как (α0+180°)±σα, где σα - среднеквадратичное отклонение.
На чертеже приведены результаты пассивного лоцирования подводного источника. Глубина источника ≈60 м. Глубина комбинированного приемника 150 м. Скачки разности фаз а) - Δφx(α0, t0), б - Δφy(α0, t0); 1 - соответствуют кривым Δφ(α0, t0), Δφy(α0, t0), 2 - их производным. Вертикальные линии на кривых соответствуют σx и σy. Угол поворота α измеряется в градусах, разность фаз - в радианах. Источник находился на глубине около 60 м. Комбинированный приемник находился на глубине 150 м. Частота, на которой проводилось пассивное лоцирование объекта, равна 617 Гц. Полоса анализа Δf=3 Гц. Отношение сигнал/шум не более 3 dB. По первому скачку разности фаз (чертеж, а) следует, что α0 равно 32,5°±5,0° и пеленг на объект равен 212,5°±5,0°.
Таким образом, заявляемый способ позволяет достичь заявляемый технический результат и обнаружить в пассивном режиме поверхностный или подводный объект по излучению им шумоподобного сигнала, а не по излучению им искусственно генерируемых гармонических колебаний. Переход от амплитудных характеристик к фазовым существенно увеличил помехозащищенность способа, поскольку разность фаз Δφx(t, α) и Δφy(t, α) принимает только два значения 0° или 180° и переход от одного значения разности фаз к другому происходит скачком. В заявляемом способе направление на источник определяется только по скачку разности фаз между акустическим давлением и горизонтальными компонентами колебательной скорости, равному 180°, в то время как в прототипе направление на источник определяется по максимуму амплитуды и изменению фазы. Кроме того, вместо набора из N гидрофонов (минимум 8 в прототипе) возможно использование одного практически точечного комбинированного приемника, включающего векторный приемник и гидрофон.
Claims (1)
- Способ определения пеленга на шумящий подводный или надводный объект, включающий измерение в одной точке акустического поля одновременно четырех физических величин: трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости и акустического давления p(t) с использованием комбинированного приемника, включающего векторный приемник и гидрофон, преобразование полученного сигнала в цифровой код, перевод его в аналитическую форму, вычисление отношения мнимой части сигнала к реальной для получения тангенса фазы и по скачку разности фаз между акустическим давлением p(t) и ортогональными компонентами колебательной скорости Vx(t, α) и Vy(t, α) при "электрическом" повороте вокруг оси z характеристики направленности векторного приемника определяют пеленг на шумящий объект.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010126808/28A RU2444747C1 (ru) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Способ определения пеленга на шумящий объект |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010126808/28A RU2444747C1 (ru) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Способ определения пеленга на шумящий объект |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010126808A RU2010126808A (ru) | 2012-01-10 |
RU2444747C1 true RU2444747C1 (ru) | 2012-03-10 |
Family
ID=45783359
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010126808/28A RU2444747C1 (ru) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Способ определения пеленга на шумящий объект |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2444747C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2559516C2 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космофизических исследований и распространения радиоволн Дальневосточного отделения Российской академии наук | Способ пеленгации геоакустического излучения в звуковом диапазоне частот |
RU2667330C1 (ru) * | 2017-06-05 | 2018-09-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Способ определения местоположения объектов гидроакустической пассивной системой в условиях многомодового распространения звука |
RU2680860C1 (ru) * | 2017-12-07 | 2019-02-28 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Способ пассивного определения координат источников гидроакустического излучения |
RU2692837C2 (ru) * | 2017-10-11 | 2019-06-28 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Способ определения параметров движения шумящего объекта |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110390073B (zh) * | 2019-08-19 | 2023-03-24 | 西北工业大学 | 一种矢量传感的多通道空间合成方位滤波方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2323541A1 (de) * | 1972-05-10 | 1973-11-15 | Thomson Csf | Praezisionsrichtanordnung, insbesondere fuer unterwasserschallantennen mit kreisrundem querschnitt |
US3886553A (en) * | 1973-03-15 | 1975-05-27 | John K Bates | Coordinate locating method and system |
RU2048678C1 (ru) * | 1993-12-29 | 1995-11-20 | Научно-исследовательский институт специального машиностроения МГТУ им.Н.Э.Баумана | Пеленгатор источников акустических излучений |
RU95103536A (ru) * | 1995-03-14 | 1996-12-27 | Калининградское высшее инженерное училище инженерных войск | Способ определения углов пеленга |
RU2158430C2 (ru) * | 1998-12-30 | 2000-10-27 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Способ определения пеленга на источник излучения и устройство для его осуществления |
-
2010
- 2010-06-30 RU RU2010126808/28A patent/RU2444747C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2323541A1 (de) * | 1972-05-10 | 1973-11-15 | Thomson Csf | Praezisionsrichtanordnung, insbesondere fuer unterwasserschallantennen mit kreisrundem querschnitt |
US3886553A (en) * | 1973-03-15 | 1975-05-27 | John K Bates | Coordinate locating method and system |
RU2048678C1 (ru) * | 1993-12-29 | 1995-11-20 | Научно-исследовательский институт специального машиностроения МГТУ им.Н.Э.Баумана | Пеленгатор источников акустических излучений |
RU95103536A (ru) * | 1995-03-14 | 1996-12-27 | Калининградское высшее инженерное училище инженерных войск | Способ определения углов пеленга |
RU2158430C2 (ru) * | 1998-12-30 | 2000-10-27 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Способ определения пеленга на источник излучения и устройство для его осуществления |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2559516C2 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космофизических исследований и распространения радиоволн Дальневосточного отделения Российской академии наук | Способ пеленгации геоакустического излучения в звуковом диапазоне частот |
RU2667330C1 (ru) * | 2017-06-05 | 2018-09-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Способ определения местоположения объектов гидроакустической пассивной системой в условиях многомодового распространения звука |
RU2692837C2 (ru) * | 2017-10-11 | 2019-06-28 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Способ определения параметров движения шумящего объекта |
RU2680860C1 (ru) * | 2017-12-07 | 2019-02-28 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Способ пассивного определения координат источников гидроакустического излучения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010126808A (ru) | 2012-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8649529B2 (en) | Apparatus, method and computer program for localizing a sound source | |
RU2444747C1 (ru) | Способ определения пеленга на шумящий объект | |
Najeem et al. | Open lake experiment for direction of arrival estimation using acoustic vector sensor array | |
US8060338B2 (en) | Estimation of global position of a sensor node | |
CN104133217B (zh) | 一种水下运动目标与水流的三维速度联合测定方法及装置 | |
CN102645265A (zh) | 一种基于虚拟时间反转镜的舰船辐射噪声级测量方法 | |
RU2739000C1 (ru) | Гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося подводного источника звука, измерения пеленга на источник звука и горизонта источника звука в мелком море | |
Atmoko et al. | Accurate sound source localization in a reverberant environment using multiple acoustic sensors | |
JPH059752B2 (ru) | ||
Hickling et al. | Determining the direction to a sound source in air using vector sound-intensity probes | |
RU2158430C2 (ru) | Способ определения пеленга на источник излучения и устройство для его осуществления | |
CN113534161A (zh) | 一种用于远距离定位水下声源的波束镜像聚焦方法 | |
Li et al. | Calibration of multibeam echo sounder transducer array based on focused beamforming | |
Dzikowicz et al. | A spiral wave front beacon for underwater navigation: Transducer prototypes and testing | |
Yu et al. | Multiple moving targets detection and parameters estimation in strong reverberation environments | |
Wanis | Design and applications of a vertical beam in acoustic Doppler current profilers | |
Wang et al. | An improved phase correction algorithm in extended towed array method for passive synthetic aperture | |
Ma et al. | Distance Estimation Error in a Bistatic Positioning System Using an Acoustic Vector Sensor | |
KR101135456B1 (ko) | 수동 소나의 센서 신호 모의 장치 | |
Gunes et al. | A comparative study on the performances of the DF techniques using a single acoustic vector sensor | |
RU2770564C1 (ru) | Гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося подводного источника звука и измерения его координат | |
McEachern et al. | Harbour porpoise localization system using compact acoustic sensor arrays | |
Klungmontri et al. | Acoustic underwater positioning system using fast fourier transform and trilateration algorithm | |
Zhao et al. | Online Calibration Method of Sonar Array Receiving Directivity Based on USBL | |
Mickiewicz et al. | Mechatronic 3D sound intensity probe and its application to DOA |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180701 |