RU2593622C1 - Method of measuring radial velocity of object at its noise emission - Google Patents

Method of measuring radial velocity of object at its noise emission Download PDF

Info

Publication number
RU2593622C1
RU2593622C1 RU2015109590/28A RU2015109590A RU2593622C1 RU 2593622 C1 RU2593622 C1 RU 2593622C1 RU 2015109590/28 A RU2015109590/28 A RU 2015109590/28A RU 2015109590 A RU2015109590 A RU 2015109590A RU 2593622 C1 RU2593622 C1 RU 2593622C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
autocorrelation function
determined
zone
signal
time
Prior art date
Application number
RU2015109590/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Тимошенков
Original Assignee
Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" filed Critical Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority to RU2015109590/28A priority Critical patent/RU2593622C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2593622C1 publication Critical patent/RU2593622C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to hydro acoustics, particularly to methods of measuring radial velocity of object. Method is as follows: using antenna receiving noise emission signal of object, received signal is digitized and measurement of signal spectrum at selected time realisation. Further, cross-spectrum between two successive time sets is determined and on basis of inverse Fourier transformation of autocorrelation function from measured mutual spectrum is obtained. Then half of carrier frequency of autocorrelation function is determined and radial velocity is calculated by formula: Vr=Κν (PΝ - P1), where Kv is coefficient of proportionality determined experimentally, PΝ and P1 are half-periods of carrier frequencies of autocorrelation function for mutual spectra for first set time realisation and N-th set of time realisation, respectively.
EFFECT: higher accuracy of measuring radial velocity of object.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения параметров движения объектов.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used to measure the motion parameters of objects.

Известны методы измерения радиальной скорости цели при использовании излучения тонального сигнала и измерении смещения спектра принятого эхосигнала, величина которого пропорциональна радиальной скорости цели в соответствии с эффектом Доплера. (Дж Хортон. Основы гидролокации. Л.: Судостроение. 1961 г., стр. 450). Этот способ нельзя использовать для определения радиальной скорости объекта по его шумоизлучению.Known methods for measuring the radial velocity of the target when using the radiation of the tone signal and measuring the shift of the spectrum of the received echo signal, the value of which is proportional to the radial velocity of the target in accordance with the Doppler effect. (J. Horton. The basics of sonar. L .: Shipbuilding. 1961, p. 450). This method cannot be used to determine the radial velocity of an object from its noise emission.

Известны способы, в которых измеряют расстояние в пассивном режиме при многолучевом распространении и, казалось бы, можно измерить радиальную скорость по изменению дистанции (B.C. Бурдик. Анализ гидроакустических систем. Л.: Судостроение,. 1988 г, стр. 377).Known methods in which the distance is measured in the passive mode with multipath propagation and, it would seem, it is possible to measure the radial velocity by changing the distance (B.C. Burdick. Analysis of hydroacoustic systems. L .: Sudostroenie, 1988, p. 377).

Однако, как указывается там же, сложность оценки лучевой структуры делает способ пассивного измерения дистанции практически невыполнимым.However, as indicated there, the complexity of assessing the radiation structure makes the method of passive distance measurement almost impossible.

Известен способ «Определения радиальной скорости объекта» по патенту РФ №2191405. В соответствии с этим способом принимают сигнал двумя разнесенными в пространстве антеннами в дальнем поле шумящего объекта, дискретизацию принятого входного сигнала с интервалом дискретизации D, измеряют взаимный спектра между сигналами, принятыми этими антеннами в моменты времени t1 и t2 на основе быстрого преобразования Фурье и получение автокорреляционной функции на основе обратного преобразования Фурье измеренных взаимных спектров в моменты времени t1 и t2, измеряют периоды средних частот заполнения несущей автокорреляционной функции Τ1 и Т2 в моменты времени t1 и t2, измеряют величину изменения периода ΔΤ=Τ12 за время Δt=t1-t2, при том, что Δt больше времени измерения периода взаимного спектра, а в качестве параметра шумящего объекта выбирают его радиальную скорость, которую вычисляют по формуле Vp=KvΔT, где Kv - коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально в полосе обработки принятого сигнала, причем направление вектора скорости определяют по знаку ΔΤ.The known method of "Determining the radial velocity of the object" according to the patent of the Russian Federation No. 2191405. In accordance with this method, a signal is received by two spatially spaced antennas in the far field of a noisy object, the sampling of the received input signal with a sampling interval D, the mutual spectrum is measured between the signals received by these antennas at times t 1 and t 2 based on the fast Fourier transform and obtaining autocorrelation function on the basis of the inverse Fourier transform of the measured spectra at the mutual points of time t 1 and t 2 are measured periods of the medium frequency autocorrelation filling carrier f nktsii Τ 1 and T 2 at time instants t 1 and t 2, the change amount of measured period ΔΤ = Τ 1 -T 2 for the time Δt = t 1 -t 2, though the measurement time Δt longer mutual spectrum period, and as a parameter of a noisy object, its radial speed is chosen, which is calculated by the formula Vp = KvΔT, where Kv is the proportionality coefficient determined experimentally in the processing band of the received signal, and the direction of the velocity vector is determined by the sign ΔΤ.

Недостатком этого способа является необходимость использования двух разнесенных в пространстве антенн и низкая точность измерения периода. Низкая точность измерения периода объясняется тем, что используется вторичный спектр с выхода измерителя спектра. Если ширина спектра входного сигнала узкая, то еще можно оценить период по измеренной частоте вторичного спектра. Если ширина спектра большая, основной максимум вторичного спектра является функцией короткой длительности и определить период затруднительно.The disadvantage of this method is the need to use two spaced apart antennas and low accuracy of period measurement. The low accuracy of the period measurement is explained by the fact that a secondary spectrum is used from the output of the spectrum meter. If the width of the spectrum of the input signal is narrow, then it is still possible to estimate the period from the measured frequency of the secondary spectrum. If the width of the spectrum is large, the main maximum of the secondary spectrum is a function of short duration and it is difficult to determine the period.

Техническим результатом от использования предлагаемого технического решения является обеспечение автоматического измерения радиальной скорости при работе с одной антенной и повышение точности измерения периода несущей частоты автокорреляционной функции, и как следствие, повышение точности определения радиальной скорости.The technical result from the use of the proposed technical solution is to provide automatic measurement of the radial velocity when working with one antenna and to increase the accuracy of measuring the period of the carrier frequency of the autocorrelation function, and as a result, to increase the accuracy of determining the radial velocity.

Указанный технический результат достигается тем, что в способ, содержащий прием сигнала шумоизлучения объекта, дискретизацию принятого входного сигнала с интервалом дискретизации D, спектральный анализ принятого сигнала на основе быстрого преобразования Фурье и получение автокорреляционной функции на основе обратного преобразования Фурье, измерение периода несущей частоты автокорреляционной функции и измерение радиальной скорости с учетом Kv - коэффициента пропорциональности, определяемого экспериментально в полосе обработки принятого сигнала, введены новые операции, а именно: прием сигнала осуществляют одной антенной, взаимный спектр определяют между двумя последовательными временными наборами, а автокорреляционную функцию измеряют от измеренного взаимного спектра, определяют зону положительных отсчетов максимума автокорреляционной функции, определяют зону отрицательных отсчетов до начала зоны положительных отсчетов и зону отрицательных отсчетов после зоны положительных отсчетов, определяют граничные отсчеты, имеющие разную полярность, измеряют амплитуду A1 отсчета, имеющего отрицательную полярность, измеряют значение времени этого отсчета t1, измеряют амплитуду отсчета А2, имеющего положительную полярность, следующую за отрицательным отсчетом, измеряют значение времени, принадлежащего этому отсчету t2, вычисляют значение времени нулевой амплитуды сигнала несущей автокорреляционной функцию по формуле Τ1=A2D/(Α12), измеряют амплитуду А3 отсчета, имеющую отрицательную полярность, из зоны, следующей за положительной зоной, измеряют значение времени этого отсчета t3, измеряют амплитуда отсчета А4, имеющего положительную полярность, предшествующего отрицательному отсчету, измеряют значение времени, принадлежащее этому отсчету t4, вычисляют временное положение нулевой амплитуды сигнала несущей автокорреляционной функции по формуле Т2=A3D/(А34), вычисляют полупериод несущей частоты автокорреляционной функции по формуле П12-T1, повторяют процедуру измерения полупериода несущей частоты автокорреляционной функции для взаимных спектров между N очередными последовательными временными реализациями, вычисляют полупериод несущей частоты очередной автокорреляционной функции ПN, определяют разность между измерениями полупериодов ПN1, если разность положительная, то объект удаляется, если разность отрицательная, то объект приближается, а радиальную скорость объекта определяют по формуле Vr=Kv(ПN1).The specified technical result is achieved by the fact that in a method comprising receiving a noise signal of an object, sampling a received input signal with a sampling interval D, spectral analysis of a received signal based on a fast Fourier transform and obtaining an autocorrelation function based on the inverse Fourier transform, measuring the period of the carrier frequency of the autocorrelation function and measuring the radial velocity taking into account Kv - the coefficient of proportionality, determined experimentally in the processing band A clear signal, new operations have been introduced, namely: the signal is received by one antenna, the mutual spectrum is determined between two consecutive time sets, and the autocorrelation function is measured from the measured mutual spectrum, the zone of positive samples of the maximum of the autocorrelation function is determined, the zone of negative samples to the beginning of the zone of positive samples and the zone of negative samples after the zone of positive samples, determine the boundary samples having different polarity, measure the amplitude y A 1 reference frame having a negative polarity, measured value of the reference time t 1, measuring the amplitude of the reference frame A 2 having a positive polarity following the negative count, measured time value belonging to this count t 2 is calculated time value zero amplitude carrier autocorrelation signal function according to the formula Τ 1 = A 2 D / (Α 1 + A 2 ), measure the amplitude A 3 of the sample having a negative polarity from the zone following the positive zone, measure the time value of this sample t 3 , measure the amplitude Yes reference A 4 having a positive polarity preceding a negative reference, measure the time value belonging to this reference t 4 , calculate the temporary position of the zero amplitude of the signal of the carrier of the autocorrelation function by the formula T 2 = A 3 D / (A 3 + A 4 ), calculate the half-period of the carrier frequency of the autocorrelation function according to the formula P 1 = T 2 -T 1 , repeat the procedure for measuring the half-period of the carrier frequency of the autocorrelation function for mutual spectra between N successive successive time realizations, calculated by the carrier frequency half-period of the next autocorrelation function P N , determine the difference between the measurements of half-periods P N -P 1 , if the difference is positive, then the object is deleted, if the difference is negative, then the object approaches, and the radial speed of the object is determined by the formula Vr = Kv (P N - P 1 ).

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем. Автокорреляционная функция (АКФ), определяемая как спектр от спектра (Л. Рабинер, Б. Гоулд. Теория и применение цифровой обработки сигналов. - М.: Мир, 1878 г., стр. 441), является кратковременной функцией, длительность которой определяется шириной полосы спектра шумоизлучения объекта. Известно, что ширина спектра однозначным соотношением связана с автокорреляционной функцией, ширина АКФ обратно пропорциональна ширине спектра. (Дж. Бендат, А. Пирсол. Применения корреляционного и спектрального анализа. Пер. с англ. - М.: Мир, 1983, с 71).The essence of the proposed technical solution is as follows. The autocorrelation function (ACF), defined as the spectrum of the spectrum (L. Rabiner, B. Gould. Theory and application of digital signal processing. - M .: Mir, 1878, p. 441), is a short-term function, the duration of which is determined by the width bands of the noise spectrum of the object. It is known that the width of the spectrum is uniquely related to the autocorrelation function, the width of the ACF is inversely proportional to the width of the spectrum. (J. Bendat, A. Piersol. Applications of correlation and spectral analysis. Transl. From English. - M.: Mir, 1983, p. 71).

Пусть с выхода антенны поступают временные реализации сигналов X1(t) и X2(t).Let the temporary implementations of the signals X 1 (t) and X 2 (t) come from the output of the antenna.

Спектр по каждому процессу определяться через быстрое преобразование Фурье:The spectrum for each process is determined through the fast Fourier transform:

Figure 00000001
Figure 00000001

а взаимный энергетический спектр

Figure 00000002
and mutual energy spectrum
Figure 00000002

Если считать автокорреляционную функцию как преобразование Фурье от взаимного энергетического спектра, то

Figure 00000003
и тогда АКФ будет выражаться какIf we consider the autocorrelation function as the Fourier transform of the mutual energy spectrum, then
Figure 00000003
and then ACF will be expressed as

Figure 00000004
Figure 00000004

Таким образом, автокорреляционная функция содержат две составляющие, одна из которых определяется полосой сигнала шумоизлучения

Figure 00000005
а другая составляющая - средней частотой сигнала шумоизлучения
Figure 00000006
Thus, the autocorrelation function contains two components, one of which is determined by the band of the noise signal
Figure 00000005
and the other component is the average frequency of the noise signal
Figure 00000006

Составляющая, определяемая шириной полосы, является огибающей функции В(τ), а составляющая, определяемая средней частотой, является несущей частотой АКФ. Та и другая определяются в процессе измерений. При движении шумящего объекта, ширина полосы его шумоизлучения изменяется в зависимости от пройденного расстояния. При увеличении расстояния верхняя частота принимаемого сигнала шумоизлучения будет снижаться быстрее, чем нижняя частота. (В.Н. Матвиенко, Ю.Ф. Тарасюк. Дальность действия гидроакустических средств. - Л.: Судостроение, 1981 г., стр. 36). В момент времени первого и второго наборов временной реализации, которые соответствует началу измерения, имеем

Figure 00000007
. В момент времени, который соответствует для N-го набора временной реализации tN и tN+1, имеем
Figure 00000008
. Тогда для начального набора временной реализации период будет равен
Figure 00000009
, а для N-го набора временной реализации tN и tN+1
Figure 00000010
The component determined by the bandwidth is the envelope of the function B (τ), and the component determined by the average frequency is the carrier frequency of the ACF. Both are determined during the measurement process. When a noisy object moves, its noise emission bandwidth changes depending on the distance traveled. As the distance increases, the upper frequency of the received noise signal will decrease faster than the lower frequency. (V.N. Matvienko, Yu.F. Tarasyuk. The range of action of hydroacoustic means. - L.: Shipbuilding, 1981, p. 36). At the time moment of the first and second sets of temporary implementation, which corresponds to the beginning of the measurement, we have
Figure 00000007
. At the point in time that corresponds to the Nth set of temporary implementations t N and t N + 1 , we have
Figure 00000008
. Then for the initial set of temporary implementation the period will be equal to
Figure 00000009
, and for the Nth set of temporary implementations t N and t N + 1
Figure 00000010

Измерить само значение частоты автокорреляционной функции с помощью процедуры БПФ представляет значительные трудности, поскольку длительность автокорреляционной функции мала, а разрешающая способность процедуры БПФ определяется длительностью временной реализации входного процесса, поэтому для широкополосных шумовых сигналов точность измерения частоты и соответственно периода будет низкой. Предлагается измерить не саму несущую частоту автокорреляционной функции, а длительность полупериода несущей автокорреляционной функции и по изменении этого периода за фиксированное время рассчитывать радиальную скорость.It is very difficult to measure the frequency value of the autocorrelation function using the FFT procedure, because the duration of the autocorrelation function is small, and the resolution of the FFT procedure is determined by the duration of the input process, therefore, for broadband noise signals, the accuracy of measuring the frequency and, accordingly, the period will be low. It is proposed to measure not the carrier frequency of the autocorrelation function itself, but the duration of the half-period of the carrier autocorrelation function and calculate the radial velocity by changing this period for a fixed time.

На фиг. 2 представлена процедура измерения полупериода несущей частоты АКФ.In FIG. Figure 2 shows the procedure for measuring the half-period of the carrier frequency of an ACF.

Несущая частота АКФ является периодической функцией времени, которая имеет четко выраженный максимум положительных отсчетов и симметрично уменьшающихся периодов отрицательных и положительных отсчетов. Эти отсчеты расположены равномерно по оси времени через фиксированный интервал, который определяется частотой дискретизации входного процесса. Для вычисления периода несущей частоты выбирается отсчеты основного положительного максимума и двух симметрично расположенных отрицательных максимумов. По измеренным значениям A1, t1, А2, t2, A3, t3, A4, t4 производится вычисление временных положений Τ1 и Т2, которые определяют время перехода несущей частоты через нуль. Этот временной интервал и является положительным полупериодом несущей частоты автокорреляционной функции. В зависимости от изменения расстояния ширина полосы шумоизлучения объекта будет изменяться, что изменит полупериод автокорреляционной функции, а величина изменения полупериода за фиксированное время и определяет радиальную скорость движения источника шумоизлучения.The carrier frequency of the ACF is a periodic function of time, which has a pronounced maximum of positive samples and symmetrically decreasing periods of negative and positive samples. These samples are located uniformly along the time axis through a fixed interval, which is determined by the sampling frequency of the input process. To calculate the period of the carrier frequency, samples of the main positive maximum and two symmetrically located negative maxima are selected. From the measured values of A 1 , t 1 , A 2 , t 2 , A 3 , t 3 , A 4 , t 4 , the temporary positions Τ 1 and T 2 are calculated, which determine the transition time of the carrier frequency through zero. This time interval is the positive half-period of the carrier frequency of the autocorrelation function. Depending on the change in distance, the object’s noise emission bandwidth will change, which will change the half-period of the autocorrelation function, and the magnitude of the change in the half-period for a fixed time determines the radial velocity of the noise source.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2, где на фиг. 1 представлена блок схема устройства реализующего способ, на фиг. 2 - последовательность измерений полупериода несущей автокорреляционной функции.The invention is illustrated in FIG. 1 and FIG. 2, where in FIG. 1 shows a block diagram of a device implementing the method, FIG. 2 is a sequence of measurements of a half-period of a bearing autocorrelation function.

На фиг 1 антенна 1 соединена со спецпроцессором 2, в который входят последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь АЦП 3, блок 4 спектрального анализа БПФ1, блок 6 определения взаимного спектра, блок 7 спектрального анализа БПФ2. Первый вход блока 8 определения зоны положительных отсчетов соединен с первым входом блока 10 измерения полупериода и через первый вход блока11 вычисления радиальной скорости, через первый вход блока 5 управления и регистрации соединен со вторым входом блока 3 АЦП. Второй выход блока 5 управления и регистрации через второй вход блока 7 БПФ2, через первый вход блока 9 измерения зоны отрицательных отсчетов соединен со вторым входом блока 10 измерения полупериода, а третий выход блока 5 соединен со вторым входом блока 4 БПФ1. Блок априорных данных соединен со вторым входом блока 11 вычисления скорости.In Fig. 1, antenna 1 is connected to a special processor 2, which includes ADC 3 analog-to-digital converter 3, FFT1 spectral analysis unit 4, mutual spectrum determination unit 6, FFT2 spectral analysis unit 7. The first input of the positive zone determination unit 8 is connected to the first input of the half-period measurement unit 10 and through the first input of the radial velocity calculation unit 11, through the first input of the control and registration unit 5 is connected to the second input of the ADC unit 3. The second output of the control and registration unit 5 through the second input of the unit 7 BPF2, through the first input of the unit 9 for measuring the zone of negative samples is connected to the second input of the unit 10 for measuring the half-period, and the third output of the unit 5 is connected to the second input of the unit 4 of the BPF1. The a priori data block is connected to the second input of the speed calculation unit 11.

Пример осуществления предлагаемого способа целесообразно рассмотреть на примере работы устройства, реализующего способ.An example of the proposed method, it is advisable to consider the example of a device that implements the method.

Работа устройства в соответствии с представленной схемой происходит следующим образом.The operation of the device in accordance with the presented scheme is as follows.

Сигнал шумоизлучения объекта принимается антенной 1 и передается на блок АЦП 3 спецпроцессора 2, где происходит преобразование аналогового сигнала принятого антенной 1 в цифровой вид и последовательными временными порциями временные реализации передаются в блок 4 БПФ1. В блоке 4 происходит измерение спектра входного процесса по набранной временной реализации. С выхода блока 4 спектр первой реализации поступает в блок 6 определения взаимного спектра, где запоминается и при поступлении следующего спектра очередного набора временной реализации определяется взаимный спектр между первой и второй реализациями. Определение взаимного спектра производится по стандартным процедурам, которые реализованы в любых цифровых процессорах. Взаимный спектр представляет собой спектр, который содержится одновременно в двух набранных временных последовательностях, что повышает достоверность измерения. Если эти два соседних процесса не будут иметь одинаковый спектр, то взаимный спектр не сформируется. С выхода блока 6 взаимный спектр поступает в блок 7 БПФ2, где происходит вторичная обработка спектра и на выходе вырабатывается автокорреляционная функция сигнала шумоизлучения входного процесса между двумя последовательными временными реализациями.The noise signal of the object is received by the antenna 1 and transmitted to the ADC block 3 of the special processor 2, where the analog signal received by the antenna 1 is converted to a digital form and temporary implementations are transmitted in serial time portions to the FFT block 4. In block 4, the spectrum of the input process is measured by the typed time implementation. From the output of block 4, the spectrum of the first implementation goes to block 6 determining the mutual spectrum, where it is memorized and upon receipt of the next spectrum of the next set of temporary implementations, the mutual spectrum between the first and second implementations is determined. The mutual spectrum is determined according to standard procedures that are implemented in any digital processors. The mutual spectrum is a spectrum that is contained simultaneously in two typed time sequences, which increases the reliability of the measurement. If these two neighboring processes do not have the same spectrum, then the mutual spectrum will not be formed. From the output of block 6, the mutual spectrum enters block 7 of the BPF2, where the spectrum is secondary processed and the autocorrelation function of the noise signal of the input process between two successive time realizations is generated at the output.

Полученная автокорреляционная функция передается в блок 8 измерения зоны положительных отсчетов, где выбираются максимальные положительные отсчеты, определяются крайние положительные отсчеты, измеряются их временное положении t2, t4 и амплитуды А2 и A4 и передаются в блок 10 измерения полупериода. Одновременно эта же автокорреляционная функция передается в блок 9 определения зоны отрицательных отсчетов, где определяются амплитудные значения Α1 и А3 и временные положения t1, t3 крайних отрицательных отсчетов соседних с зоной положительных отсчетов и передаются на второй вход блока 10 измерения полупериода. По измеренным значениям A1, t1, А2, t2, A3, t3, A4, t4 производится вычисление временных положений Τ1 и Т2 и определение положительного полупериода несущей автокорреляционной функции. Полученное значение полупериода передается в блок 11 вычисления радиальной скорости, где запоминается. Через определенный интервал времени выбирается N-й временной интервал и N+1-й временной интервал и повторяется процедура измерения полупериода. В блоке 11 определяется разность полупериодов и на основе априорных данных из блока 12 тех же, что и рассматривались в прототипе вводится коэффициент Κv и определяется радиальная скорость перемещения объекта шумоизлучения. Оценка полученной радиальной скорости передается в блок 5 управления и регистрации. Скорость изменения периода определяется за время между измерениями взаимного спектра между 1-м набором временной реализации и N-м набором временной реализации, что напрямую связано с изменением дистанции за это время.The obtained autocorrelation function is transferred to the positive zone measurement unit 8, where the maximum positive samples are selected, the extreme positive samples are determined, their temporal position t 2 , t 4 and the amplitudes A 2 and A 4 are measured and transferred to the half-period measurement unit 10. At the same time, the same autocorrelation function is transferred to the block 9 for determining the zone of negative samples, where the amplitude values Α 1 and A 3 and the temporary positions t 1 , t 3 of the extreme negative samples adjacent to the zone of positive samples are determined and transferred to the second input of the half-period measurement unit 10. From the measured values of A 1 , t 1 , A 2 , t 2 , A 3 , t 3 , A 4 , t 4 , the temporary positions Τ 1 and T 2 are calculated and the positive half-period of the carrier autocorrelation function is determined. The obtained half-period value is transmitted to the radial velocity calculation unit 11, where it is stored. After a certain time interval, the Nth time interval and the N + 1th time interval are selected and the measurement procedure of the half period is repeated. In block 11, the difference between half-periods is determined and, based on a priori data from block 12 of the same as those considered in the prototype, the coefficient Κv is introduced and the radial velocity of the noise object is determined. An estimate of the obtained radial velocity is transmitted to the control and registration unit 5. The rate of change of the period is determined during the time between the measurements of the mutual spectrum between the 1st set of temporary implementation and the Nth set of temporary implementation, which is directly related to the change in distance during this time.

Принципы цифрового преобразование и обработки достаточно подробно приведены в работе (Применение цифровой обработки сигналов. Под ред. Оппенгейма, М.: Мир, 1980 г., стр. 389-436) При использовании цифровой техники в качестве спектрального анализа применяют процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ), которые обеспечивают выделение и измерение энергетического спектра шумового электрического процесса.(там же стр. 296.) В настоящее время практически вся гидроакустическая аппаратура выполняется на спецпроцессорах, которые преобразуют акустический сигнал в цифровой вид и производят в цифровом виде формирование характеристик направленности, многоканальную обработку и обнаружение сигнала, а также измерение спектров сигнала шумоизлучения, автокорреляционную обработку и процедуры анализа спектров. Вопросы реализации спецпроцессоров достаточно подробно рассмотрены в книге Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев «Корабельная гидроакустическая техника» С-Пб. Наука, 2004 г., стр. 281.The principles of digital conversion and processing are described in sufficient detail in the work (The use of digital signal processing. Edited by Oppenheim, Moscow: Mir, 1980, pp. 389-436) When using digital technology, fast Fourier transform procedures are used as spectral analysis ( FFT), which provide the separation and measurement of the energy spectrum of a noise electric process. (Ibid. P. 296.) At present, almost all hydroacoustic equipment is performed on special processors that convert acoustic the signal in digital form and digitally generate directivity characteristics, multichannel processing and signal detection, as well as measuring the spectra of the noise signal, autocorrelation processing and spectral analysis procedures. Issues of the implementation of special processors are considered in sufficient detail in the book of Yu.A. Koryakin, S.A. Smirnov, G.V. Yakovlev “Ship hydroacoustic equipment” St. Petersburg. Science, 2004, p. 281.

Таким образом, измеряя взаимный спектр между последовательными временными наборами временной реализации и определяя изменение периода средней частоты спектра шумоизлучения объекта через непосредственное измерение периода несущей автокорреляционной функции принятого сигнала шумоизлучения можно повысить точность определения радиальной скорости объекта шумоизлучения.Thus, by measuring the mutual spectrum between consecutive temporal sets of temporal realization and determining the change in the period of the average frequency of the noise spectrum of the object through direct measurement of the period of the carrier autocorrelation function of the received noise signal, the accuracy of determining the radial velocity of the noise object can be improved.

Claims (1)

Способ измерения радиальной скорости объекта по его шумоизлучению, содержащий прием сигнала шумоизлучения объекта, дискретизацию принятого входного сигнала с интервалом дискретизации D, спектральный анализ принятого сигнала на основе быстрого преобразования Фурье и получение автокорреляционной функции на основе обратного преобразования Фурье, измерение периода несущей частоты автокорреляционной функции и измерение радиальной скорости с учетом Kv - коэффициента пропорциональности, определяемого экспериментально в полосе обработки принятого сигнала, отличающийся тем, что прием сигнала осуществляют одной антенной, взаимный спектр определяют между двумя последовательными временными наборами, а автокорреляционную функцию измеряют от измеренного взаимного спектра, определяют зону положительных отсчетов максимума автокорреляционной функции, определяют зону отрицательных отсчетов до начала зоны положительных отсчетов и зону отрицательных отсчетов после зоны положительных отсчетов, определяют граничные отсчеты, имеющие разную полярность, измеряют амплитуду A1 отсчета, имеющего отрицательную полярность, измеряют значение времени этого отсчета t1, измеряют амплитуду отсчета А2, имеющего положительную полярность, следующую за отрицательным отсчетом, измеряют значение времени, принадлежащего этому отсчету t2, вычисляют значение времени нулевой амплитуды сигнала несущей автокорреляционной функцию по формуле T1=A2D/(A12), измеряют амплитуду А3 отсчета, имеющую отрицательную полярность, из зоны, следующей за положительной зоной, измеряют значение времени этого отсчета t3, измеряют амплитуда отсчета А4, имеющего положительную полярность, предшествующего отрицательному отсчету, измеряют значение времени, принадлежащее этому отсчету t4, вычисляют временное положение нулевой амплитуды сигнала несущей автокорреляционной функции по формуле Т2=A3D/(A34), вычисляют полупериод несущей частоты автокорреляционной функции по формуле П12-T1, повторяют процедуру измерения полупериода несущей частоты автокорреляционной функции для взаимных спектров между N очередными последовательными временными реализациями, вычисляют полупериод несущей частоты очередной автокорреляционной функции ПN, определяют разность между измерениями полупериодов ПN1, если разность положительная, то объект удаляется, если разность отрицательная, то объект приближается, а радиальную скорость объекта определяют по формуле Vr=Kv(ПN1). A method for measuring the radial velocity of an object by its noise emission, comprising: receiving an object noise signal, sampling a received input signal with a sampling interval D, spectral analysis of a received signal based on a fast Fourier transform and obtaining an autocorrelation function based on an inverse Fourier transform, measuring a carrier period of an autocorrelation function and radial velocity measurement taking into account Kv - proportionality coefficient determined experimentally in the processing band the received signal, characterized in that the signal is received by one antenna, the mutual spectrum is determined between two consecutive time sets, and the autocorrelation function is measured from the measured mutual spectrum, the zone of positive samples of the maximum of the autocorrelation function is determined, the zone of negative samples to the beginning of the zone of positive samples and the zone are determined negative samples after the zone of positive samples, determine the boundary samples having different polarity, measure the amplitude A 1 from accounts having a negative polarity, measure the time value of this sample t 1 , measure the amplitude of the sample A 2 having a positive polarity following the negative sample, measure the time belonging to this sample t 2 , calculate the time value of the zero amplitude signal carrying the autocorrelation function by the formula t 1 = A 2 D / (A 1 + A 2) are measured amplitude A frame 3 having a negative polarity, from the zone, following the positive zone, the value of the measured reference time t 3, the measured amplitude of the frame of reference that A 4 having a positive polarity preceding negative count, measured time value belonging to this count t 4 is calculated temporal position of zero amplitude of the carrier signal of the autocorrelation function according to the formula T 2 = A 3, D / (A 3 + A 4), calculating a half-life the carrier frequency of the autocorrelation function according to the formula P 1 = T 2 -T 1 was repeated carrier frequency autocorrelation measurement half-cycle procedure for mutual spectra alternate between n successive time implementations calculated poluperio Once the carrier frequency of the autocorrelation function P N, the difference between measurements determined half-periods P 1 -P N, if the difference is positive, the object is removed, if the difference is negative, then the object is approaching, and the radial velocity of the object is determined according to the formula Vr = Kv (-P N P 1 ).
RU2015109590/28A 2015-03-18 2015-03-18 Method of measuring radial velocity of object at its noise emission RU2593622C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015109590/28A RU2593622C1 (en) 2015-03-18 2015-03-18 Method of measuring radial velocity of object at its noise emission

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015109590/28A RU2593622C1 (en) 2015-03-18 2015-03-18 Method of measuring radial velocity of object at its noise emission

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2593622C1 true RU2593622C1 (en) 2016-08-10

Family

ID=56612932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015109590/28A RU2593622C1 (en) 2015-03-18 2015-03-18 Method of measuring radial velocity of object at its noise emission

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2593622C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739478C1 (en) * 2020-05-25 2020-12-24 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for processing a pseudo-noise signal in sonar
RU2760104C1 (en) * 2020-11-19 2021-11-22 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for determining the radial velocity of an object

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2191405C1 (en) * 2001-03-11 2002-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Procedure determining radial velocity of object
RU2211460C2 (en) * 2001-01-09 2003-08-27 Климин Валентин Васильевич Method determining radial velocity of movement of traveling radio radiation source with unknown parameters and device for its realization
RU2236694C1 (en) * 2003-07-17 2004-09-20 ОАО "НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова" Radio-locating station for determining radial speed of target
RU2518174C2 (en) * 2012-07-02 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук Query-based method of measuring radial velocity and position of glonass global navigation system satellite and system for realising said method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2211460C2 (en) * 2001-01-09 2003-08-27 Климин Валентин Васильевич Method determining radial velocity of movement of traveling radio radiation source with unknown parameters and device for its realization
RU2191405C1 (en) * 2001-03-11 2002-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Procedure determining radial velocity of object
RU2236694C1 (en) * 2003-07-17 2004-09-20 ОАО "НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова" Radio-locating station for determining radial speed of target
RU2518174C2 (en) * 2012-07-02 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук Query-based method of measuring radial velocity and position of glonass global navigation system satellite and system for realising said method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739478C1 (en) * 2020-05-25 2020-12-24 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for processing a pseudo-noise signal in sonar
RU2760104C1 (en) * 2020-11-19 2021-11-22 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for determining the radial velocity of an object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109991590B (en) System and method for testing low-frequency emission characteristic of transducer in pressure tank in limited space
RU2466419C1 (en) Method of classifying sonar echo signal
CN103630706A (en) Method for acquiring radial direction water velocity in acoustic Doppler current profiler
RU2593622C1 (en) Method of measuring radial velocity of object at its noise emission
RU2451300C1 (en) Hydroacoustic navigation system
RU2550576C1 (en) Method to measure distance to noisy object
JP2012247304A (en) Method and device for detection of peak power spectrum of short-time signal
US10852168B2 (en) Method of measuring time of flight of an ultrasound pulse
KR101534027B1 (en) Sonar system and method for precisly performing target detection under circumstance without being known of target speed
RU2460093C1 (en) Method of measuring distance using sonar
RU2660219C1 (en) Method of classifying sonar echo
CN110440896B (en) Ultrasonic measurement system and measurement method
RU2581416C1 (en) Method of measuring sound speed
RU2627977C1 (en) Method of object detection and measurement of its parameters
KR100739506B1 (en) Ultrasonic distance measuring method using matched filter of reduced calculation
RU2612201C1 (en) Method of determining distance using sonar
RU2293358C1 (en) Mode of detection of a sonar echo-signal
RU2719214C1 (en) Active sonar
CN111189912B (en) Emission reference ultrasonic detection method, device and storage medium
RU2739478C1 (en) Method for processing a pseudo-noise signal in sonar
RU2300781C1 (en) Device for hydrometeorological observations of sea range water area
RU2733938C1 (en) Hydroacoustic information displaying method
RU2674552C1 (en) Sonar method of object detection and measurement of parameters thereof
JP2012149951A (en) Radar device
RU2650747C1 (en) Method and device for determining the location of the pipeline passage

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190319