RU2553730C1

RU2553730C1 - Active hydrolocator

Info

Publication number: RU2553730C1
Application number: RU2014107240/28A
Authority: RU
Inventors: Евгений Берович Либенсон; Николай Викторович Никандров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор"
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2015-06-20

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to hydroacoustic equipment, namely to active hydrolocation, including to active hydrolocators intended for detection of objects, measurements of coordinates and parameters of movement of detected objects.

EFFECT: providing a possibility of detection with high probability of objects against reverberation interference, at unknown radial speed of a reflecting object, determination with increased accuracy of coordinates and parameters of movement of detected objects at radiation of only one sending.

1 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения объектов, измерения координат и параметров движения обнаруженных объектов.The invention relates to sonar technology, and more particularly to the field of active sonar, including active sonar, designed to detect objects, measure coordinates and motion parameters of detected objects.

Известен активный гидролокатор, содержащий последовательно соединенные генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, последовательно соединенные приемную акустическую антенну и устройство формирования характеристики направленности в приеме, также содержащий устройство управления, устройство отображения информации, устройство формирования тонального зондирующего сигнала, последовательно соединенные устройство согласованной фильтрации тонального эхосигнала и устройство обнаружения тонального эхосигнала, также содержащий устройство оценки дальности до объекта по тональному эхосигналу, устройство оценки курсового угла на объект по тональному эхосигналу, устройство оценки радиальной скорости объекта по тональному эхосигналу, причем второй выход устройства согласованной фильтрации тонального эхосигнала соединен со входами устройства оценки дальности до объекта по тональному эхосигналу, устройства оценки курсового угла на объект по тональному эхосигналу и устройства оценки радиальной скорости объекта по тональному эхосигналу. (Справочник по гидроакустике. Евтютов А.П., Колесников А.Е., Корепин Е.А. и др. 2-е изд. Л.: Судостроение, 1988. С.20,22 п.4,23).An active sonar is known, comprising a series-connected generator device and a radiating acoustic antenna, series-connected a receiving acoustic antenna and a device for generating a directivity characteristic in a reception, also comprising a control device, an information display device, a device for generating a sounding probe signal, a series-connected device for coordinated filtering of a tone echo signal and tone echo detection device, also with holding device for evaluating the distance to the object by tone echo, device for estimating the heading angle to the object by tone echo, device for evaluating the radial speed of the object by tone echo, the second output of the device matching filtering tone echo connected to the inputs of the device for evaluating the distance to the object by tone echo, device estimates of the heading angle to the object by the tonal echo signal and devices for estimating the radial speed of the object by the tonal echo signal. (Handbook of hydroacoustics. Evtutov A.P., Kolesnikov A.E., Korepin E.A. et al. 2 nd ed. L .: Shipbuilding, 1988. S.20.22 p. 4.23).

Недостатком этого гидролокатора является то, что при использовании тональных зондирующих сигналов низка помехоустойчивость обнаружения эхосигналов на фоне реверберационной помехи при малых радиальных скоростях отражающего объекта. Кроме того, ошибки определения дальности до объекта растут при увеличении длительности тональных зондирующих сигналов, которое необходимо для обнаружения объекта на значительных дистанциях.The disadvantage of this sonar is that when using tonal probing signals, the noise immunity of detecting echo signals is low against the background of reverberation noise at low radial speeds of the reflecting object. In addition, errors in determining the distance to an object increase with an increase in the duration of tonal probing signals, which is necessary for detecting an object at significant distances.

Известен активный гидролокатор, содержащий последовательно соединенные генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, последовательно соединенные приемную акустическую антенну и устройство формирования характеристики направленности в приеме, также содержащий устройство управления, устройство отображения информации, устройство формирования сложного зондирующего сигнала, последовательно соединенные устройство согласованной фильтрации сложного эхосигнала и устройство обнаружения сложного эхосигнала, также содержащий устройство оценки дальности до объекта по сложному эхосигналу, устройство оценки курсового угла на объект по сложному эхосигналу, устройство оценки радиальной скорости объекта по сложному эхосигналу, причем второй выход устройства согласованной фильтрации сложного эхосигнала соединен со входами устройства оценки дальности до объекта по сложному эхосигналу, устройства оценки курсового угла на объект по сложному эхосигналу и устройства оценки радиальной скорости объекта по сложному эхосигналу. (Справочник по гидроакустике. Евтютов А.П., Колесников А.Е., Корепин Е.А. и др. 2-е изд. Л.: Судостроение, 1988. С.20,22 п.3).An active sonar is known, comprising a serially connected generator device and a radiating acoustic antenna, a serially connected receiving acoustic antenna and a device for generating a directivity characteristic in a receiving device, also comprising a control device, an information display device, a complex probing signal generating device, and a consistent complex echo signal filtering device connected in series and a complex echo detection device also comprising a device for estimating the distance to the object from a complex echo signal, a device for estimating the heading angle to an object from a complex echo signal, a device for estimating the radial speed of an object from a complex echo signal, the second output of the device for coordinated filtering of a complex echo signal connected to the inputs of the device for evaluating the distance to an object from a complex echo signal, device estimates of the heading angle to the object using a complex echo signal; and devices for estimating the radial speed of an object using a complex echo signal. (Handbook of hydroacoustics. Evtutov A.P., Kolesnikov A.E., Korepin E.A. et al. 2nd ed. L .: Shipbuilding, 1988. S.20.22 p. 3).

Преимуществом данного гидролокатора по сравнению с предыдущим является существенно более высокая помехоустойчивость обнаружения эхосигналов на фоне реверберационной помехи при малых радиальных скоростях отражающего объекта за счет высокой разрешающей способности сложного сигнала по дальности, а также существенно меньшие ошибки определения дальности до объекта, величины которых не зависят от длительности сложного сигнала, а определяются шириной полосы сложного сигнала. С другой стороны, данный гидролокатор имеет более низкую помехоустойчивость обнаружения эхосигналов на фоне реверберационной помехи при больших радиальных скоростях отражающего объекта. Кроме того, ошибки определения радиальной скорости объекта для гидролокатора со сложным зондирующим сигналом с частотной модуляцией больше, чем ошибки определения радиальной скорости объекта для гидролокатора с тональным зондирующим сигналом. Таким образом, у каждого из этих двух гидролокаторов при обнаружении объектов на фоне реверберационной помехи, измерении координат и параметров движения обнаруженных объектов имеются свои преимущества и недостатки.The advantage of this sonar compared to the previous one is the significantly higher noise immunity of echo signal detection against the background of reverberation interference at low radial speeds of the reflecting object due to the high resolution of the complex signal in range, as well as significantly smaller errors in determining the distance to the object, the values of which do not depend on the duration complex signal, and are determined by the bandwidth of the complex signal. On the other hand, this sonar has lower noise immunity for detecting echo signals against the background of reverberation noise at high radial speeds of the reflecting object. In addition, the errors in determining the radial velocity of an object for a sonar with a complex probing signal with frequency modulation are larger than the errors in determining the radial velocity of an object for a sonar with a tonal probe signal. Thus, each of these two sonars when detecting objects against the background of reverberation noise, measuring the coordinates and motion parameters of the detected objects has its own advantages and disadvantages.

Однако в ряде случаев требуется, при неизвестной радиальной скорости объекта, решить указанные задачи при излучении только одной посылки. Подчеркнем, что решение задачи усложняется из-за того, что радиальная скорость объекта зависит не только от величины неизвестной априори полной скорости объекта, но и от неизвестного ракурса отражающего объекта по отношению к кораблю-носителю гидролокатора, а также из-за того, что априори неизвестна интенсивность реверберационной помехи.However, in a number of cases it is required, with an unknown radial velocity of the object, to solve these problems with the emission of only one package. We emphasize that the solution to the problem is complicated due to the fact that the radial speed of the object depends not only on the magnitude of the unknown a priori full speed of the object, but also on the unknown angle of the reflecting object in relation to the sonar carrier vehicle, and also because a priori the intensity of the reverberation noise is unknown.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности, при неизвестной радиальной скорости объекта, обнаружения объектов на фоне реверберационной помехи, определения с повышенной точностью координат и параметров движения обнаруженных объектов при излучении только одной посылки.The technical result of the invention is the provision of the possibility, with an unknown radial speed of the object, to detect objects against a background of reverberation noise, to determine with increased accuracy the coordinates and motion parameters of detected objects when only one package is emitted.

Для достижения этого технического результата предлагается активный гидролокатор, содержащий последовательно соединенные генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, последовательно соединенные приемную акустическую антенну и устройство формирования характеристики направленности в приеме, также содержащий устройство управления, устройство отображения информации, устройство формирования тонального зондирующего сигнала, последовательно соединенные устройство согласованной фильтрации тонального эхосигнала и устройство обнаружения тонального эхосигнала, также содержащий устройство оценки дальности до объекта по тональному эхосигналу, устройство оценки курсового угла на объект по тональному эхосигналу, устройство оценки радиальной скорости объекта по тональному эхосигналу, причем второй выход устройства согласованной фильтрации тонального эхосигнала соединен со входами устройства оценки дальности до объекта по тональному эхосигналу, устройства оценки курсового угла на объект по тональному эхосигналу и устройства оценки радиальной скорости объекта по тональному эхосигналу, также содержащий устройство формирования сложного зондирующего сигнала, последовательно соединенные устройство согласованной фильтрации сложного эхосигнала и устройство обнаружения сложного эхосигнала, также содержащий устройство оценки дальности до объекта по сложному эхосигналу, устройство оценки курсового угла на объект по сложному эхосигналу, устройство оценки радиальной скорости объекта по сложному эхосигналу, причем второй выход устройства согласованной фильтрации сложного эхосигнала соединен со входами устройства оценки дальности до объекта по сложному эхосигналу, устройства оценки курсового угла на объект по сложному эхосигналу и устройства оценки радиальной скорости объекта по сложному эхосигналу, при этом первый и второй выходы устройства управления соединены со вторыми входами устройства оценки дальности до объекта по тональному эхосигналу и устройства оценки дальности до объекта по сложному эхосигналу соответственно, а первый выход устройства формирования сложного зондирующего сигнала соединен с первым входом устройства согласованной фильтрации сложного эхосигнала, при этом активный гидролокатор также содержит устройство выбора интервала между средними частотами тонального и сложного зондирующих сигналов, устройство коммутации, устройство разделения обработки тонального и сложного сигналов по частоте, устройство определения дальности до объекта, устройство определения курсового угла на объект, устройство определения радиальной скорости объекта, также содержит последовательно соединенные устройство идентификации обнаруженных эхосигналов и устройство принятия решения об обнаружении объекта, причем третий, четвертый, пятый выходы устройства управления соединены с первыми входами устройства коммутации, устройства формирования тонального зондирующего сигнала и устройства формирования сложного зондирующего сигнала соответственно, первый, второй, третий, четвертый выходы устройства выбора интервала между средними частотами тонального и сложного зондирующих сигналов соединены со вторыми входами устройства формирования тонального зондирующего сигнала, устройства формирования сложного зондирующего сигнала, устройства оценки радиальной скорости объекта по тональному эхосигналу и устройства оценки радиальной скорости объекта по сложному эхосигналу соответственно, выход устройства формирования тонального зондирующего сигнала и второй выход устройства формирования сложного зондирующего сигнала соединены со вторым и третьим входами устройства коммутации соответственно, а выход устройства коммутации соединен со входом генераторного устройства, выход устройства формирования характеристики направленности в приеме соединен со входом устройства разделения обработки тонального и сложного сигналов по частоте, а первый и второй выходы последнего соединены со входом устройства согласованной фильтрации тонального эхосигнала и вторым входом устройства согласованной фильтрации сложного эхосигнала соответственно, первые выходы устройства оценки дальности до объекта по тональному эхосигналу, устройства оценки курсового угла на объект по тональному эхосигналу, устройства оценки радиальной скорости объекта по тональному эхосигналу соединены с первыми входами устройства определения дальности до объекта, устройства определения курсового угла на объект, устройства определения радиальной скорости объекта соответственно, первые выходы устройства оценки дальности до объекта по сложному эхосигналу, устройства оценки курсового угла на объект по сложному эхосигналу, устройства оценки радиальной скорости объекта по сложному эхосигналу соединены со вторыми входами устройства определения дальности до объекта, устройства определения курсового угла на объект, устройства определения радиальной скорости объекта соответственно, вторые выходы устройства оценки дальности до объекта по тональному эхосигналу, устройства оценки курсового угла на объект по тональному эхосигналу, устройства оценки радиальной скорости объекта по тональному эхосигналу соединены с первым, вторым и третьим входами устройства идентификации обнаруженных эхосигналов соответственно, вторые выходы устройства оценки дальности до объекта по сложному эхосигналу, устройства оценки курсового угла на объект по сложному эхосигналу, устройства оценки радиальной' скорости объекта по сложному эхосигналу соединены с четвертым, пятым и шестым входами устройства идентификации обнаруженных эхосигналов соответственно, а седьмой и восьмой его входы соединены с выходами устройства обнаружения тонального эхосигнала и устройства обнаружения сложного эхосигнала соответственно, первый выход устройства принятия решения об обнаружении объекта соединен с третьими входами устройства определения дальности до объекта, устройства определения курсового угла на объект, устройства определения радиальной скорости объекта, а второй его выход соединен с первым входом устройства отображения информации, выходы устройства определения дальности до объекта, устройства определения курсового угла на объект, устройства определения радиальной скорости объекта соединены со вторым, третьим и четвертым входами устройства отображения информации.To achieve this technical result, an active sonar is proposed, comprising a series-connected generator device and a radiating acoustic antenna, a series-connected receiving acoustic antenna and a device for generating directivity in reception, also comprising a control device, an information display device, a device for generating a sounding signal, series-connected device consistent filtering of tone echo and devices tonal echo detection device, also comprising a device for estimating the distance to the object from the tone echo, a device for estimating the heading angle to the object from the tone echo, a device for estimating the radial speed of the object from the tone echo, the second output of the device for coordinated filtering of the tone echo signal connected to the inputs of the device for evaluating the distance to object by tone echo, device for estimating the heading angle to the object by tone echo and device for estimating radial speed of an object by a tonal echo signal, also comprising a device for generating a complex sounding signal, a series-connected device for coordinated filtering of a complex echo signal and a device for detecting a complex echo signal, also containing a device for estimating the distance to an object from a complex echo signal, a device for estimating the heading angle for an object from a complex echo signal, a radial estimation device the speed of the object with a complex echo, the second output of the device coordinated filtering of a complex echo with it is single with the inputs of the device for evaluating the distance to the object from a complex echo signal, the device for estimating the heading angle to the object from a complex echo signal and the device for estimating the radial speed of an object from a complex echo signal, while the first and second outputs of the control device are connected to the second inputs of the device for evaluating the distance to the object from a tonal an echo signal and a device for estimating the distance to an object from a complex echo signal, respectively, and the first output of the complex probing signal generating device is connected to the first input ohms of a device for coordinated filtering of a complex echo signal, while the active sonar also contains a device for selecting the interval between the middle frequencies of the tonal and complex sounding signals, a switching device, a device for separating the processing of the tonal and complex signals by frequency, a device for determining the distance to an object, a device for determining the heading angle to an object , the device for determining the radial velocity of the object also contains a series-connected device for identifying detected echoes ignals and a decision-making device for detecting an object, the third, fourth, fifth outputs of the control device being connected to the first inputs of the switching device, the device for generating a sounding signal and the device for generating a complex sounding signal, respectively, the first, second, third, fourth outputs of the device for selecting the interval between the middle frequencies of the tonal and complex sounding signals are connected to the second inputs of the device for generating the tonal sounding signal, the device the formation of a complex sounding signal, a device for estimating the radial speed of an object by a tonal echo signal and a device for estimating the radial speed of an object by a complex echo, respectively, the output of the device for generating a sounding signal and the second output of the device for generating a complex sounding signal are connected to the second and third inputs of the switching device, respectively, and the output of the switching device is connected to the input of the generating device, the output of the device forming characteristics directivity in the reception is connected to the input of the device for separating the processing of the tonal and complex signals by frequency, and the first and second outputs of the latter are connected to the input of the device for coordinated filtering of the tone echo signal and the second input of the device for coordinated filtering of the complex echo signal, respectively, the first outputs of the device for evaluating the distance to the object by the tone echo signal , devices for evaluating the heading angle to an object by a tonal echo signal, devices for evaluating the radial speed of an object by a tonal echo are connected to the first inputs of the device for determining the distance to the object, the device for determining the heading angle to the object, the device for determining the radial speed of the object, respectively, the first outputs of the device for estimating the distance to the object from a complex echo signal, the device for estimating the course angle to the object from a complex echo signal, the device for estimating radial speed the complex echo signal is connected to the second inputs of the device for determining the distance to the object, the device for determining the heading angle to the object, to determine the radial speed of the object, respectively, the second outputs of the device for estimating the distance to the object from the tonal echo signal, the device for estimating the heading angle to the object from the tonal echo signal, the device for estimating the radial speed of the object from the tonal echo signal, are connected to the first, second and third inputs of the device for identifying the detected echo signals, respectively the second outputs of the device for assessing the distance to the object by a complex echo, device for evaluating the heading angle to the object by a complex echo, devices for evaluating the radial 'velocity of an object by a complex echo signal are connected to the fourth, fifth and sixth inputs of an identification device for detected echo signals, respectively, and its seventh and eighth inputs are connected to the outputs of a tone echo detection device and a complex echo detection device, respectively, the first output of a detection decision device the object is connected to the third inputs of the device for determining the distance to the object, the device for determining the heading angle to the object, the device and determining the radial velocity of the object, and its second output is connected to the first input of the display device, the device outputs determination range to the object yaw rate detecting apparatus for an object detecting apparatus radial velocity of an object connected to the second, third and fourth inputs of the display device.

Новыми признаками, неизвестными из рассмотренных аналогов, являются устройство выбора интервала между средними частотами тонального и сложного зондирующих сигналов, устройство коммутации, устройство разделения обработки тонального и сложного сигналов по частоте, устройство определения дальности до объекта, устройство определения курсового угла на объект, устройство определения радиальной скорости объекта, также последовательно соединенные и устройство идентификации обнаруженных эхосигналов и устройство принятия решения об обнаружении объекта, а также связи этих новых блоков между собой и с известными блоками гидролокатора.New features unknown from the considered analogues are the device for selecting the interval between the middle frequencies of the tonal and complex sounding signals, the switching device, the device for separating the processing of the tonal and complex signals in frequency, the device for determining the distance to the object, the device for determining the heading angle to the object, the radial determination device object speeds, also connected in series and an identification device for detected echo signals and a decision-making device for detecting The improvement of the object, as well as the relationship of these new blocks with each other and with the known sonar blocks.

Указанный результат достигается путем обеспечения возможности излучения тонального и сложного зондирующих сигналов в одной посылке, приема соответствующих эхосигналов в одном цикле приема, разделения излучения и обработки тонального и сложного сигналов по частоте (для исключения взаимовлияния реверберационных помех от тонального и сложного зондирующих сигналов на прием каждого из эхосигналов), определения по одной посылке дальности до объекта, курсового угла на объект, радиальной скорости объекта с повышенной точностью на основе результатов оценки соответствующих параметров тонального и сложного эхосигналов, с учетом точности этих оценок.This result is achieved by providing the possibility of emitting tonal and complex sounding signals in one package, receiving the corresponding echo signals in one receiving cycle, separating the radiation and processing the tonal and complex signals in frequency (to exclude interference of reverberation noise from the tonal and complex sounding signals at the reception of each of echo signals), determination by one parcel of the distance to the object, course angle to the object, radial speed of the object with increased accuracy based on the results of the assessment of the corresponding parameters of the tonal and complex echo signals, taking into account the accuracy of these estimates.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, где приведена блок-схема предложенного активного гидролокатора.The invention is illustrated in figure 1, which shows a block diagram of the proposed active sonar.

Активный гидролокатор содержит последовательно соединенные генераторное устройство 8 и излучающую акустическую антенну 1, последовательно соединенные приемную акустическую антенну 2, устройство 9 формирования характеристики направленности в приеме и устройство 10 разделения обработки тонального и сложного сигналов по частоте, устройство управления 3, также содержит устройство 4 формирования тонального зондирующего сигнала, устройство 5 формирования сложного зондирующего сигнала, устройство 6 выбора интервала между средними частотами тонального и сложного зондирующих сигналов, устройство 7 коммутации, последовательно соединенные устройство 11 согласованной фильтрации тонального эхосигнала и устройство 12 обнаружения тонального эхосигнала, также содержит устройство 13 оценки дальности до объекта по тональному эхосигналу, устройство 14 оценки курсового угла на объект по тональному эхосигналу, устройство 15 оценки радиальной скорости объекта по тональному эхосигналу, также содержит последовательно соединенные устройство 16 согласованной фильтрации сложного эхосигнала и устройство 17 обнаружения сложного эхосигнала, устройство 18 оценки дальности до объекта по сложному эхосигналу, устройство 19 оценки курсового угла на объект по сложному эхосигналу, устройство 20 оценки радиальной скорости объекта по сложному эхосигналу, также содержит устройство 21 определения дальности до объекта, устройство 22 определения курсового угла на объект, устройство 23 определения радиальной скорости объекта, также содержит последовательно соединенные устройство 24 идентификации обнаруженных эхосигналов, устройство 25 принятия решения об обнаружении объекта и устройство 26 отображения информации.The active sonar includes a serially connected generator device 8 and a radiating acoustic antenna 1, a serially connected receiving acoustic antenna 2, a device 9 for generating directivity characteristics in a reception, and a device 10 for separating the processing of the tonal and complex signals by frequency, the control device 3 also includes a tonal forming device 4 a sounding signal, a device 5 for generating a complex sounding signal, a device 6 for selecting an interval between the middle frequencies tonal and complex sounding signals, a switching device 7, a serially connected device for coordinated filtering of a tone echo signal and a device 12 for detecting a tone echo signal, also includes a device 13 for estimating the distance to an object from a tone echo signal, a device 14 for estimating the heading angle for an object from a tone echo signal, device 15 estimates of the radial speed of the object by the tonal echo signal, also contains a series-connected device 16 matched filtering complex echo and a device 17 for detecting a complex echo signal, a device 18 for estimating the distance to an object from a complex echo signal, a device 19 for estimating the heading angle for an object for a complex echo signal, a device 20 for estimating the radial speed of an object for a complex echo signal, also includes a device 21 for determining the distance to the object, device 22 for determining heading angle to the object, the device 23 for determining the radial velocity of the object, also contains a series-connected device 24 for identifying detected echo signals, the device 25 is accepted a decision to detect an object and an information display device 26.

Практическое исполнение блоков, входящих в изобретение, известно из практики гидроакустики и реализуется на основе применения цифровых устройств.The practical implementation of the blocks included in the invention is known from the practice of hydroacoustics and is implemented through the use of digital devices.

Блоки 6, 25 могут быть реализованы на основе технических решений, приведенных в книге Цифровые радионавигационные устройства / В.В. Барашенков, А.Е. Лутченко, Е.М. Скороходов и др.; под ред. В.Б. Смолова. М.: Сов. радио, 1980. раздел 5.4.Blocks 6, 25 can be implemented on the basis of technical solutions given in the book Digital Radio Navigation Devices / V.V. Barashenkov, A.E. Lutchenko, E.M. Skorokhodov et al .; under the editorship of V.B. Smolova. M .: Sov. Radio, 1980. Section 5.4.

Блок 7 может быть реализован на основе технических решений, приведенных в книге Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем. / Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др.; под ред. Ю.М. Казаринова. М.: Высшая школа, 1985. С.9,10.Block 7 can be implemented on the basis of technical solutions given in the book Design of pulse and digital devices of radio engineering systems. / Grishin Yu.P., Kazarinov Yu.M., Katikov V.M. and etc.; under the editorship of Yu.M. Kazarinova. M .: Higher school, 1985. S. 9.10.

Блок 10 может быть реализован на основе технических решений, приведенных в книге Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем. / Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др.; под ред. Ю.М. Казаринова. М.: Высшая школа, 1985. С.293-299.Block 10 can be implemented on the basis of technical solutions given in the book Design of pulse and digital devices of radio systems. / Grishin Yu.P., Kazarinov Yu.M., Katikov V.M. and etc.; under the editorship of Yu.M. Kazarinova. M .: Higher school, 1985. S.293-299.

Блоки 21, 22, 23, 24 могут быть выполнены с использованием схем сравнения, см. например, книгу Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем. / Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: Высш. шк., 1985. С.15-18.Blocks 21, 22, 23, 24 can be performed using comparison schemes, see, for example, the book Design of pulse and digital devices of radio systems. / Grishin Yu.P., Kazarinov Yu.M., Katikov V.M. and etc.; Ed. Yu.M. Kazarinova. - M .: Higher. school, 1985. S.15-18.

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

Устройства 4, 5 формируют тональный и сложный зондирующие сигналы соответственно. Средние частоты тонального и сложного зондирующих сигналов разносятся на определенный интервал для исключения взаимовлияния реверберационных помех от тонального и сложного зондирующих сигналов на прием каждого из этих эхосигналов. Выбор этого интервала производится в блоке 6 таким образом, чтобы реверберационная помеха от сложного сигнала (ширина спектра этой помехи равна ширине полосы сложного сигнала) не попадала в полосу приема тонального сигнала и чтобы реверберационная помеха от тонального сигнала (ширина спектра этой помехи примерно в 4 раза больше ширины полосы тонального сигнала) не попадала в полосу приема сложного сигнала. Тональный и сложный зондирующие сигналы излучаются в одной посылке, например, последовательно во времени, друг за другом в цикле излучения. Управление излучением зондирующих сигналов обеспечивается блоками 3, 7. Гидролокатор производит излучение зондирующих сигналов с помощью генераторного устройства 8 и излучающей акустической антенны 1. Отраженные от объекта эхосигналы с выхода приемной акустической антенны 2 поступают на устройство 9. С выхода устройства 9 сигнальный процесс поступает на устройство 10, обеспечивающее разделение обработки тонального и сложного сигналов по частоте. Средние частоты тонального и сложного зондирующих сигналов разнесены, соответственно разнесены и средние частоты принимаемых тонального и сложного эхосигналов, средние частоты (и спектры) реверберационных помех от тонального и сложного зондирующих сигналов. Таким образом, могут и должны быть разделены по частоте полосы обработки принимаемых тонального и сложного эхосигналов, что выполняется с помощью блока 10 путем полосовой фильтрации. С одного выхода устройства 10 сигнальный процесс, соответствующий полосе обработки принимаемого тонального эхосигнала, поступает на вход блока 11, а с другого выхода устройства 10 сигнальный процесс, соответствующий полосе обработки принимаемого сложного эхосигнала, поступает на вход блока 16. На другой вход блока 16 из блока 5 поступает опорный сигнал, необходимый для согласованной фильтрации сложного эхосигнала.Devices 4, 5 generate tonal and complex sounding signals, respectively. The average frequencies of the tonal and complex sounding signals are separated by a certain interval to exclude the mutual influence of reverberation interference from the tonal and complex sounding signals on the reception of each of these echo signals. The choice of this interval is made in block 6 so that the reverberation interference from the complex signal (the spectrum width of this interference is equal to the bandwidth of the complex signal) does not fall into the reception band of the tone signal and that the reverberation interference from the tone signal (the spectrum width of this interference is about 4 times more than the bandwidth of the tone signal) did not fall into the reception band of the complex signal. Tonal and complex sounding signals are emitted in one package, for example, sequentially in time, one after another in a radiation cycle. The emission of sounding signals is controlled by blocks 3, 7. The sonar emits sounding signals using a generator device 8 and a radiating acoustic antenna 1. The echo signals reflected from the object from the output of the receiving acoustic antenna 2 go to device 9. From the output of device 9, the signal process goes to the device 10, providing separation of the processing of tonal and complex signals in frequency. The average frequencies of the tonal and complex sounding signals are spaced, respectively, the average frequencies of the received tonal and complex echo signals, the average frequencies (and spectra) of the reverberation noise from the tonal and complex sounding signals are also spaced. Thus, the processing bands of the received tonal and complex echo signals can and should be separated by the frequency, which is performed using block 10 by bandpass filtering. From one output of the device 10, the signal process corresponding to the processing band of the received tone echo is fed to the input of block 11, and from the other output of the device 10, the signal process corresponding to the processing band of the received complex echo is fed to the input of block 16. To the other input of the block 16 from the block 5 receives the reference signal necessary for consistent filtering of the complex echo signal.

С выходов блока 11, после согласованной фильтрации тонального эхосигнала сигнальные процессы поступают на входы блоков 12, 13, 14, 15. При обнаружении тонального эхосигнала в блоке 12, в блоках 13, 14, 15 выполняются оценки дальности до объекта, курсового угла на объект и радиальной скорости объекта по тональному эхосигналу соответственно. При этом оценка времени задержки тонального эхосигнала (для оценки дальности до объекта) производится относительно момента времени, соответствующего концу излучения тонального зондирующего сигнала, это определяется управлением из блока 3. С выходов блока 16 после согласованной фильтрации сложного эхосигнала сигнальные процессы поступают на входы блоков 17, 18, 19, 20. При обнаружении сложного эхосигнала в блоке 17, в блоках 18, 19, 20 выполняются оценки дальности до объекта, курсового угла на объект и радиальной скорости объекта по сложному эхосигналу соответственно. При этом оценка времени задержки сложного эхосигнала (для оценки дальности до объекта) производится относительно момента времени, соответствующего концу излучения сложного зондирующего сигнала, это определяется управлением из блока 3. В устройстве 24 по полученным из блоков 13, 14, 15, 18, 19, 20 данным определяются разности оценок дальностей по тональному и сложному эхосигналам, оценок курсового угла по тональному и сложному эхосигналам и оценок радиальной скорости по тональному и сложному эхосигналам. Если ни одна из этих разностей не превысила заданную (для каждой разности) пороговую величину, то в устройстве 25 принимается решение о том, что обнаруженные эхосигналы относятся к одному объекту.From the outputs of block 11, after the coordinated filtering of the tone echo, the signal processes go to the inputs of blocks 12, 13, 14, 15. When a tone echo is detected in block 12, in blocks 13, 14, 15, estimates of the distance to the object, course angle to the object, and radial velocity of the object by the tonal echo signal, respectively. In this case, the evaluation of the delay time of the tonal echo signal (to estimate the distance to the object) is made relative to the time corresponding to the end of the radiation of the tonal probe signal, this is determined by the control from block 3. From the outputs of block 16, after the matched filtering of the complex echo signal, the signal processes go to the inputs of blocks 17 18, 19, 20. When a complex echo signal is detected in block 17, in blocks 18, 19, 20, estimates are made of the distance to the object, the heading angle to the object, and the radial speed of the object from the complex echo Nalu, respectively. Moreover, the delay time of the complex echo signal (to estimate the distance to the object) is estimated relative to the time corresponding to the end of the radiation of the complex sounding signal, this is determined by the control from block 3. In the device 24, obtained from blocks 13, 14, 15, 18, 19, 20 data determines the differences in the estimates of ranges for tonal and complex echo signals, estimates of the heading angle for tonal and complex echo signals and estimates of the radial velocity for tonal and complex echo signals. If none of these differences has exceeded a predetermined (for each difference) threshold value, then the device 25 makes a decision that the detected echo signals belong to one object.

В блоках 21, 22, 23 по решению об обнаружении объекта из устройства 25 и по оценкам параметров объекта из блоков 13, 14, 15, 18, 19, 20 определяются величины дальности до объекта, курсового угла на объект и радиальной скорости объекта с использованием оценок этих параметров, полученных по тональному и сложному эхосигналам. При этом реализуется, например, следующая процедура: в блоке 21 величина дальности до объекта определяется как оценка дальности по сложному сигналу, так как эта оценка имеет более высокую точность, чем оценка дальности по тональному сигналу; в блоке 22 величина курсового угла на объект определяется как среднеарифметическое оценок курсового угла по тональному и сложному сигналам, ошибки среднеарифметической величины курсового угла меньше, чем ошибки оценок курсового угла по тональному и сложному сигналам в отдельности; в блоке 23 величина радиальной скорости объекта определяется как оценка радиальной скорости по тональному эхосигналу, так как эта оценка имеет более высокую точность, чем оценка радиальной скорости по сложному сигналу с частотной модуляцией. Данные по обнаружению объекта и по величинам дальности до объекта, курсового угла на объект и радиальной скорости объекта из блоков 25, 21, 22, 23 соответственно поступают в устройство 26 отображения информации.In blocks 21, 22, 23, by decision to detect an object from device 25 and according to estimates of the parameters of the object, blocks 13, 14, 15, 18, 19, 20 determine the distance to the object, the heading angle to the object, and the radial speed of the object using estimates these parameters obtained by tonal and complex echo signals. In this case, for example, the following procedure is implemented: in block 21, the distance to the object is determined as an estimate of the range by a complex signal, since this estimate has higher accuracy than the estimate of the range by the tone signal; in block 22, the value of the heading angle per object is determined as the arithmetic mean of the heading angle estimates for tonal and complex signals, the errors of the arithmetic mean of the heading angle are less than the errors in the heading angle estimates for the tonal and complex signals separately; in block 23, the magnitude of the radial velocity of the object is determined as an estimate of the radial velocity from the tonal echo signal, since this estimate has a higher accuracy than the estimate of the radial velocity from a complex signal with frequency modulation. Data on the detection of the object and the values of the distance to the object, the heading angle to the object and the radial speed of the object from the blocks 25, 21, 22, 23, respectively, enter the device 26 display information.

Использование устройства выбора интервала между средними частотами тонального и сложного зондирующих сигналов, устройства коммутации, устройства разделения обработки тонального и сложного сигналов по частоте, устройства определения дальности до объекта, устройства определения курсового угла на объект, устройства определения радиальной скорости объекта, также последовательно соединенных устройства идентификации обнаруженных эхосигналов и устройства принятия решения об обнаружении объекта, а также связи этих новых блоков между собой и с известными блоками гидролокатора обеспечивают возможность обнаружения с высокой вероятностью объектов на фоне реверберационной помехи, при неизвестной радиальной скорости отражающего объекта, определения с повышенной точностью координат и параметров движения обнаруженных объектов при излучении только одной посылки.The use of a device for selecting the interval between the middle frequencies of the tonal and complex sounding signals, a switching device, a device for dividing the processing of the tonal and complex signals by frequency, a device for determining the distance to an object, a device for determining the heading angle to an object, a device for determining the radial velocity of an object, are also connected in series detected echoes and a decision-making device to detect an object, as well as the relationship of these new blocks between oh and the known sonar units provide the ability to detect objects with high probability on the background reverberation interference by an unknown radial velocity of the reflecting object, determination with higher accuracy coordinates and motion parameters of the detected objects in the emission of only one parcel.

Указанный результат достигается путем обеспечения возможности излучения тонального и сложного зондирующих сигналов в одной посылке, приема соответствующих эхосигналов в одном цикле приема, разделения излучения и обработки тонального и сложного сигналов по частоте (для исключения взаимовлияния реверберационных помех от тонального и сложного зондирующих сигналов на прием каждого из эхосигналов), определения в одном цикле дальности до объекта, курсового угла на объект, радиальной скорости объекта на основе результатов оценки соответствующих параметров тонального и сложного эхосигналов, с учетом точности этих оценок.This result is achieved by providing the possibility of emitting tonal and complex sounding signals in one package, receiving the corresponding echo signals in one receiving cycle, separating the radiation and processing the tonal and complex signals in frequency (to exclude interference of reverberation noise from the tonal and complex sounding signals at the reception of each of echo signals), determining in one cycle the distance to the object, the heading angle to the object, the radial speed of the object based on the results of the assessment, respectively vuyuschih tone settings and sophisticated echo, taking into account the accuracy of these estimates.

Таким образом, поставленная задача успешно решается.Thus, the task is successfully solved.

Claims

An active sonar comprising a serially connected generator device and a radiating acoustic antenna, a serially connected receiving acoustic antenna and a device for generating a directivity characteristic in a reception, also comprising a control device, an information display device, a tone probe signal generating device, a consistent tone echo filtering device and a device connected in series tone echo detection also containing a device for evaluating the distance to an object from a tone echo signal, a device for estimating a heading angle to an object from a tone echo signal, a device for estimating the radial speed of an object from a tone echo signal, the second output of a device for coordinated filtering of a tone echo signal connected to the inputs of a device for evaluating a distance to a object from a tone echo signal, an evaluation device heading angle to the object by tone echo and device for assessing the radial speed of the object by tone echo, also containing a device your forming a complex probe signal, a series-connected device for coordinated filtering of a complex echo signal and a device for detecting a complex echo signal, also comprising a device for estimating the distance to an object from a complex echo signal, a device for estimating the heading angle for an object from a complex echo signal, and a device for estimating the radial velocity of an object from a complex echo signal, the second output of the device for coordinated filtering of a complex echo signal is connected to the inputs of the device for evaluating the distance to the object by a complex echo signal, a device for estimating the heading angle to an object from a complex echo signal and a device for estimating the radial speed of an object from a complex echo signal, while the first and second outputs of the control device are connected to the second inputs of the device for evaluating the distance to the object from the tone echo signal and the device for estimating the distance to the object from complex the echo signal, respectively, and the first output of the complex probing signal generating device is connected to the first input of the complex echo signal matched filtering device and, while the active sonar also contains a device for selecting the interval between the middle frequencies of the tonal and complex sounding signals, a switching device, a device for separating the processing of the tonal and complex signals in frequency, a device for determining the distance to the object, a device for determining the course angle to the object, a device for determining the radial speed object also contains connected in series and a device for identifying detected echoes and a decision-making device for detecting echo kta, and the third, fourth, fifth outputs of the control device are connected to the first inputs of the switching device, the device for generating a sounding signal and the device for generating a complex sounding signal, respectively, the first, second, third, fourth outputs of the device for selecting the interval between the middle frequencies of the tone and complex sounding signals connected to the second inputs of the device for generating a sounding signal, devices for generating a complex sounding signal, devices estimates of the radial speed of the object by the tone echo signal and the device of the estimation of the radial speed of the object by the complex echo signal, respectively, the output of the device for generating the tonal sounding signal and the second output of the device for generating the complex sounding signal are connected to the second and third inputs of the switching device, respectively, and the output of the switching device is connected to the input of the generator devices, the output of the device for forming the directivity characteristics in the reception is connected to the input of the device ra dividing the processing of the tonal and complex signals by frequency, and the first and second outputs of the latter are connected to the input of the device for coordinated filtering of the tone echo signal and the second input of the device for coordinated filtering of the complex echo signal, respectively, the first outputs of the device for estimating the distance to the object from the tone echo signal, device for estimating the heading angle to the object by tone echo, devices for estimating the radial speed of an object by tone echo are connected to the first inputs of the determination device the distance to the object, the device for determining the heading angle to the object, the device for determining the radial speed of the object, respectively, the first outputs of the device for estimating the distance to the object from a complex echo, the device for estimating the heading angle to the object from a complex echo, the device for estimating the radial speed of an object from a complex echo the inputs of the device for determining the distance to the object, the device for determining the heading angle to the object, the device for determining the radial speed of the object Secondly, the second outputs of the device for estimating the distance to the object by the tone echo signal, the device for estimating the heading angle to the object by the tone echo signal, the device for evaluating the radial speed of the object by the tone echo signal are connected to the first, second and third inputs of the device for identifying the detected echoes, respectively, the second outputs of the device for evaluating the range to the object by a complex echo signal, a device for estimating the heading angle to the object by a complex echo signal, a device for estimating the radial speed of an object by a complex the echo signal is connected to the fourth, fifth and sixth inputs of the identification device for detected echo signals, respectively, and its seventh and eighth inputs are connected to the outputs of the tone echo detection device and complex echo detection device, respectively, the first output of the decision-making device for detecting an object is connected to the third inputs of the determination device the distance to the object, the device for determining the heading angle to the object, the device for determining the radial speed of the object, and the second you the stroke is connected to the first input of the information display device, the outputs of the device for determining the distance to the object, the device for determining the heading angle to the object, the device for determining the radial speed of the object are connected to the second, third and fourth inputs of the information display device.