RU2602732C1 - Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea - Google Patents
Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea Download PDFInfo
- Publication number
- RU2602732C1 RU2602732C1 RU2015125043/28A RU2015125043A RU2602732C1 RU 2602732 C1 RU2602732 C1 RU 2602732C1 RU 2015125043/28 A RU2015125043/28 A RU 2015125043/28A RU 2015125043 A RU2015125043 A RU 2015125043A RU 2602732 C1 RU2602732 C1 RU 2602732C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- sea
- measured
- pairs
- noisy
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано для решения задач пассивного определения координат шумящего в море объекта, а именно дистанции, глубины и пеленга при распространении гидроакустических сигналов в море.The invention relates to the field of hydroacoustic technology and can be used to solve the problems of passive determination of the coordinates of an object that is noisy in the sea, namely, distance, depth and bearing during the propagation of hydroacoustic signals in the sea.
Известные способы измерения дальности до источника шумоизлучения могут быть разделены на следующие группы. К первой группе относятся способы, основанные на многопозиционном приеме и пеленговании источника несколькими приемными позициями (триангуляционный или угломерный способ), либо измерении разностей расстояний от источника до приемных позиций (разностно-дальномерный способ), либо комбинации указанных двух способов (угломерно-разностно-дальномерный способ) (В.В. Караваев, В.В. Сазонов. Статическая теория пассивной локации. М.: Радио и связь, 1987, р. 5.4.).Known methods for measuring the distance to a noise source can be divided into the following groups. The first group includes methods based on multi-position receiving and direction finding of the source by several receiving positions (triangulation or goniometric method), or measuring the differences of distances from the source to receiving positions (differential-ranging method), or a combination of these two methods (angular-differential-ranging method) (VV Karavaev, VV Sazonov. The static theory of passive location. M: Radio and communications, 1987, p. 5.4.).
Ко второй группе относятся способы, основанные на анализе кривизны фронта волны полезного сигнала (см. цитированную книгу В.В. Караваева, р. 5.1, а также "Подводная акустика и обработка сигналов", под ред. Л. Бьерне. М.: Мир, 1985, стр. 325-328 и стр. 415-418).The second group includes methods based on the analysis of the wavefront curvature of a useful signal (see the cited book by V.V. Karavaev, p. 5.1, as well as Underwater Acoustics and Signal Processing, edited by L. Bjorne. M.: Mir 1985, pp. 325-328 and pp. 415-418).
Недостатком указанных способов является необходимость либо наличия нескольких существенно разнесенных в пространстве приемных позиций, либо наличия приемной антенны с очень большой апертурой - при условии сохранения когерентности полезного сигнала по фронту в пределах всей апертуры антенны. Следствиями указанных факторов являются высокие затраты на реализацию способа измерения дальности или/и относительно низкая точность измерения.The disadvantage of these methods is the need for either the presence of several substantially spaced receiving positions in space, or the presence of a receiving antenna with a very large aperture - provided that the useful front signal coherence is preserved throughout the entire antenna aperture. The consequences of these factors are the high costs of implementing a range measurement method and / or relatively low measurement accuracy.
Известен способ определения дистанции в режиме шумопеленгования, основанный на приеме звукового давления и колебательной скорости с последующим образованием взаимной корреляции между ними, при этом дисперсионные характеристики среды при распространении звуковой энергии (фазовая и групповая скорости) в ограниченной среде (волноводе) определяются через функции взаимной корреляции в каждом канале, а определенные таким образом скорости распространения и время запаздывания между звуковым давлением и колебательной скоростью дают возможность найти искомое расстояние до источника излучения. (Авт. св-во СССР №54232, МПК G01S 7/52, 1968 г.).There is a method of determining the distance in the noise-detecting mode, based on the reception of sound pressure and vibrational velocity with the subsequent formation of mutual correlation between them, while the dispersion characteristics of the medium during the propagation of sound energy (phase and group velocities) in a limited medium (waveguide) are determined through cross-correlation functions in each channel, and the propagation velocity and delay time thus determined between the sound pressure and the vibrational velocity make it possible the ability to find the desired distance to the radiation source. (Aut. St. USSR No. 544232, IPC
Недостатком этого способа является то, что он не обладает помехоустойчивостью по отношению к собственным шумам корабля-носителя, поскольку при определении скоростей распространения в каждом из каналов собственные шумы при движении корабля воздействуют на приемную антенну и не происходит отстройки от них.The disadvantage of this method is that it does not have noise immunity with respect to the intrinsic noises of the carrier ship, since when determining the propagation velocities in each of the channels, intrinsic noises during the movement of the ship affect the receiving antenna and there is no detuning from them.
Известен способ определения дистанции в режиме шумопеленгования, обеспечивающий повышение помехоустойчивости за счет уменьшения влияния собственных помех корабля-носителя на определение дистанции при сохранении скрытности. В этом способе используют два пространственных канала, компенсируют время запаздывания между отдельными модами в этих каналах, вводя искусственное время задержки в заданной полосе, складывают сигналы, получая интерференционную структуру между этими сигналами, при движении корабля-носителя измеряют пространственный масштаб когерентности, т.е. расстояние, соответствующее затуханию огибающей интерференционной структуры в раз, и период интерференции, то есть расстояние между двумя соседними максимумами (Патент РФ №1840066, МПК G01S 7/52, от 13.06.1977 г.).There is a method of determining the distance in the mode of noise detection, providing increased noise immunity by reducing the influence of the intrinsic noise of the carrier ship on determining the distance while maintaining stealth. In this method, two spatial channels are used, they compensate for the delay time between the individual modes in these channels, introducing an artificial delay time in a given band, add the signals, obtaining the interference structure between these signals, and measure the spatial coherence scale when the carrier ship moves, i.e. the distance corresponding to the attenuation of the envelope of the interference structure in times, and the period of interference, that is, the distance between two adjacent maxima (RF Patent No. 1840066, IPC G01S 7/52, dated 06/13/1977).
Недостатком способа является невозможность определения глубины расположения источника шума. Кроме этого необходимо выделять отдельные моды, для чего требуется очень большие антенны, чей вертикальный размер близок к глубине моря в точке приема.The disadvantage of this method is the inability to determine the depth of the noise source. In addition, it is necessary to single out individual modes, which requires very large antennas, whose vertical size is close to the depth of the sea at the receiving point.
Известен также спектрально-частотный способ измерения дальности до источника шумоизлучения, основанный на использовании частотной зависимости пространственного затухания и поглощения сигнала в морской среде от дальности. По этому способу осуществляют прием смеси сигнала шумоизлучения и помехи, измерение частотного спектра смеси принятого сигнала шумоизлучения и помехи, реализуется предварительное формирование набора прогнозируемых спектров сигнала шумоизлучения в точке приема для заранее выбранных сочетаний дальности и параметров наклона частотного спектра сигнала шумоизлучения, вычисление опорного спектра по каждому из прогнозируемых спектров набора, вычисление величины функциональной корреляции между измеренной смесью принятого сигнала шумоизлучения и помехи и каждым опорным спектром из набора, а подбор гипотетического значения дальности осуществляется путем определения максимальной величины функциональной корреляции, при которой гипотетическое значение дальности принимается истинным. Способ работоспособен при нахождении объектов в ближней зоне акустической освещенности и малодостоверен в дальней зоне акустической освещенности из-за влияния явления вертикальной рефракции звука на форму спектра, а также из-за влияния изменения величины пространственного затухания, зависящей от района использования способа, и влияния изменения спектра помехи в зависимости от состояния водной поверхности. (Патент РФ 2128848, МПК от 09.10.97 г.).There is also a known spectral-frequency method for measuring the distance to a noise source, based on the use of the frequency dependence of spatial attenuation and signal absorption in the marine environment on range. According to this method, a mixture of a noise signal and a noise is received, a frequency spectrum of a mixture of a received noise signal and a noise is measured, a set of predicted spectra of a noise signal is received at the receiving point for a predetermined combination of the range and tilt parameters of the frequency spectrum of the noise signal, the reference spectrum is calculated for each from the predicted spectra of the set, the calculation of the functional correlation between the measured mixture of the received noise signal radiation and interference and each reference spectrum from the set, and the selection of a hypothetical range value is carried out by determining the maximum value of the functional correlation at which the hypothetical range value is accepted as true. The method is operable when objects are located in the near acoustic illumination zone and are unreliable in the far acoustic illumination zone due to the influence of the phenomenon of vertical refraction of sound on the shape of the spectrum, as well as due to the influence of changes in the spatial attenuation, depending on the region of use of the method, and the effect of changes in the spectrum interference depending on the state of the water surface. (RF patent 2128848, IPC from 09.10.97).
Известен способ измерения дистанции, в соответствии с которым с помощью автокорреляционной функции сигнала можно определить расстояние до цели в пассивном режиме при многолучевом распространении в ближней зоне акустической освещенности. По этому способу звуковой сигнал принимают антенной, которая предполагается ненаправленной в вертикальной плоскости и не различает углы прихода сигнала в вертикальной плоскости, но различает время межлучевого запаздывания сигнала, широкополосный сигнал с выхода приемной антенны подают на коррелятор, вычисляют автокорреляционную функцию принимаемого многолучевого сигнала, выделяют корреляционный максимум, измеряют время межлучевой задержки и вычисляют разность длин двух траекторий лучей по известной скорости звука. Вычисляют горизонтальное расстояние до цели по вычисленной разности длин траекторий, известной глубине моря и глубине погружения приемной антенны (B.C. Бурдик "Анализ гидроакустических систем. Пер. с англ. Л.: Судостроение, 1988 г., стр. 377).A known method of measuring distance, according to which using the autocorrelation function of the signal, you can determine the distance to the target in the passive mode with multipath propagation in the near zone of acoustic illumination. According to this method, the sound signal is received by an antenna, which is assumed to be non-directional in the vertical plane and does not distinguish the angles of arrival of the signal in the vertical plane, but distinguishes the inter-beam delay time of the signal, the broadband signal from the output of the receiving antenna is fed to the correlator, the autocorrelation function of the received multi-beam signal is calculated, and the correlation maximum, measure the inter-beam delay time and calculate the difference in the lengths of the two ray paths from the known speed of sound. The horizontal distance to the target is calculated from the calculated difference in the lengths of the trajectories, the known depth of the sea and the immersion depth of the receiving antenna (B.C. Burdick, “Analysis of hydroacoustic systems. Transl. From English. L .: Sudostroenie, 1988, p. 377).
Недостаток способа заключается в том, что он не учитывает влияния вертикальной рефракции звука и чрезвычайно сильно зависит от фактических гидроакустических условий и возможности прогноза тонкой многолучевой структуры (с точностью до фазы сигнала) и не позволяет получить сведений о скорости шумящих объектов.The disadvantage of this method is that it does not take into account the influence of vertical sound refraction and is extremely dependent on the actual hydroacoustic conditions and the possibility of predicting a fine multipath structure (accurate to the signal phase) and does not allow obtaining information about the speed of noisy objects.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению (прототипом) является известный способ пассивного определения координат шумящего в море объекта, по которому принимают гидроакустические сигналы первичного поля шумящего в море объекта, проводят частотно-временную обработку принятых гидроакустических сигналов, приходящих под различными углами из-за вертикальной рефракции звука, измеряют скорость звука в воде в зависимости от глубины и волнения поверхности моря, по измеренным данным и известным характеристикам дна рассчитывают сигнал шумящего объекта, решают уравнение гидроакустики в пассивном режиме для шумящего в море объекта, причем для определения дистанции до шумящих в море объектах используют наблюдение сигнала в трех пространственных каналах (под пространственными каналами подразумевается прием в отдельных лепестках вертикального статического веера ХН), приходящего под разными углами из-за вертикальной рефракции звука. Затем по измеренной скорости звука в воде в зависимости от глубины и волнения поверхности моря, а также по известным характеристикам дна и известным характеристикам приемной системы рассчитывают сигнал объекта в каждом пространственном канале для нескольких значений расстояния, решая уравнение гидроакустики в пассивном режиме, и в результате сравнения измеренных значений сигнала с расчетными принимают решение о дистанции и скорости и о наличии нескольких шумящих объектов на одном направлении. (Патент RU 2208811, МПК G01S 11/14, от 27.09.2001 г.).The closest in technical essence and the achieved result to the invention (prototype) is a known method for passively determining the coordinates of an object that is noisy in the sea, by which hydroacoustic signals of the primary field of an object that are noisy in the sea are received, time-frequency processing of the received hydroacoustic signals coming at different angles from - due to vertical refraction of sound, measure the speed of sound in water depending on the depth and waves of the sea surface, according to the measured data and the known character the bottom noise sources calculate the signal of a noisy object, solve the hydroacoustic equation in passive mode for an object that is noisy in the sea, and to determine the distance to objects that are noisy in the sea, signal observation in three spatial channels is used (spatial channels mean receiving a vertical static fan XN in separate lobes), coming from different angles due to vertical refraction of sound. Then, based on the measured speed of sound in water, depending on the depth and waves of the sea surface, as well as on the known characteristics of the bottom and the known characteristics of the receiving system, the object signal in each spatial channel is calculated for several distance values, solving the hydroacoustic equation in the passive mode, and as a result of comparison the measured signal values with the calculated ones decide on the distance and speed and on the presence of several noisy objects in one direction. (Patent RU 2208811, IPC G01S 11/14, dated September 27, 2001).
Недостатком прототипа является низкая точность определения координат шумящего объекта, вызванная тем, что в каждый пространственный канал может приходить несколько сигналов, распространяющихся по отдельным лучевым траекториям, чья интерференция не позволяет рассчитывать сигнал с приемлемой точностью, а также неопределенность при вычислении задержек сигналов, вызванная наличием нескольких точек пересечения лучевых траекторий.The disadvantage of the prototype is the low accuracy of determining the coordinates of a noisy object, due to the fact that each spatial channel can receive several signals propagating along separate ray paths, whose interference does not allow to calculate the signal with acceptable accuracy, as well as the uncertainty in the calculation of signal delays caused by the presence of several intersection points of ray paths.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения координат шумящего объекта за счет устранения неопределенности при вычислении задержек сигналов, а также проведения измерений отношений энергий сигналов, распространяющихся по отдельным лучевым траекториям в вертикальной плоскости с одного пеленга.The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the coordinates of a noisy object by eliminating uncertainties in calculating signal delays, as well as measuring the energy ratios of signals propagating along individual ray paths in a vertical plane from one bearing.
Технический результат достигается за счет того, что в способе пассивного определения координат шумящего в море объекта, по которому принимают гидроакустические сигналы поля шумящего в море объекта, проводят частотно-временную обработку принятых гидроакустических сигналов, приходящих под различными углами из-за вертикальной рефракции звука, измеряют скорость звука в воде в зависимости от глубины и волнение поверхности моря, по измеренным данным и известным характеристикам дна рассчитывают сигнал шумящего объекта, решают уравнение гидроакустики в пассивном режиме для шумящего в море объекта, прием гидроакустических сигналов осуществляют пространственно развитой в вертикальной и горизонтальной плоскостях антенной, эти сигналы предварительно усиливают и фильтруют в полосе частот, после чего сигналы оцифровывают, проводят пространственно-временную обработку сигналов, проводят взаимнокорреляционную обработку не менее одной пары сигналов в вертикальной плоскости, выделяют пары сигналов с высокими значениями максимума взаимнокорреляционной функции, проводят измерения углов прихода этих сигналов, распространяющихся по отдельным лучевым траекториям в вертикальной плоскости, измеряют разность времен распространения по положению максимума взаимнокорреляционной функции на временной оси, а также измеряют отношение усредненных значений энергий для каждой пары сигналов, после чего от точки расположения приемной антенны рассчитывают лучевые траектории для измеренных углов прихода сигналов в вертикальной плоскости для пар сигналов с высокими значениями максимума взаимнокорреляционной функции и ищут дистанции и глубины точек пересечения траекторий, затем в каждой точке пересечения траекторий для всех пар сигналов, распространяющихся по этим лучевым траекториям, рассчитывают разности времен распространения и отношение энергий, сравнивают измеренные и рассчитанные разности времен распространения и отношений усредненных значений энергий для всех пар сигналов, а координаты шумящего в море объекта определяют по точке пересечения лучевых траекторий, для которых оказываются наиболее близкими измеренные и рассчитанные значения отношений энергий и разностей времен распространения для всех пар сигналов, распространяющихся по отдельным лучевым траекториям.The technical result is achieved due to the fact that in the method for passively determining the coordinates of an object that is noisy in the sea, by which hydroacoustic signals are received from the field of an object that is noisy in the sea, time-frequency processing of the received hydroacoustic signals coming at different angles due to vertical sound refraction is carried out, measure the speed of sound in water depending on the depth and the excitement of the sea surface, according to the measured data and the known characteristics of the bottom, calculate the signal of a noisy object, solve the gy acoustics in passive mode for an object that is noisy at sea, receiving hydroacoustic signals is carried out by an antenna spatially developed in the vertical and horizontal planes, these signals are pre-amplified and filtered in the frequency band, after which the signals are digitized, spatial-temporal signal processing is carried out, the correlation processing is performed at least one pair of signals in the vertical plane, select pairs of signals with high values of the maximum of the cross-correlation function, measure The angles of arrival of these signals propagating along individual ray paths in the vertical plane measure the difference in the propagation times by the position of the maximum of the cross-correlation function on the time axis, and also measure the ratio of the averaged energies for each pair of signals, after which the ray paths are calculated from the location of the receiving antenna for the measured angles of arrival of signals in the vertical plane for pairs of signals with high values of the maximum of the cross-correlation function and the distance and depth of the intersection points of the trajectories, then at each intersection of the paths for all pairs of signals propagating along these ray paths, the differences of propagation times and the ratio of energies are calculated, the measured and calculated differences of the propagation times and ratios of the averaged energies for all pairs of signals are compared, and the coordinates of an object noisy in the sea are determined by the point of intersection of the ray paths, for which the measured and calculated values of rel The sum of the energies and differences of the propagation times for all pairs of signals propagating along separate ray paths.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен пример лучевых траекторий и точек их пересечения для измеренных углов прихода одной пары гидроакустических сигналов. На чертеже показано расположение приемной вертикальной антенны 1 в морском волноводе и приведены две лучевые траектории 2 и 3, по которым приходят сигналы от шумящего в море объекта. Для определения расположения объекта сначала находят точки пересечения лучевых траекторий 4, 5, 6, 7. Затем проводят специальную обработку полученных материалов и сравнение измеренных и рассчитанных значений отношений энергий и разностей времен прихода сигналов. В результате принимается решение: объект находится в точке 7.The invention is illustrated by the drawing, which shows an example of ray paths and their intersection points for the measured angles of arrival of one pair of sonar signals. The drawing shows the location of the receiving vertical antenna 1 in the marine waveguide and shows two
Способ основан на приеме гидроакустических сигналов пространственно развитой в вертикальной и горизонтальной плоскостях антенной и реализуется следующим образом. Сигналы с антенны 1 предварительно усиливают и фильтруют в заданной полосе частот, после чего сигналы оцифровывают для проведения дальнейшей цифровой обработки сигналов. Затем проводят пространственно-временную обработку сигналов. Кроме того, формируют статический веер главных лепестков характеристики направленности (ХН), позволяющий измерять углы прихода сигналов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Размер антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях должен быть таким, чтобы обеспечивать заданную точность определения углов прихода сигналов в горизонтальной (для определения пеленга) и в вертикальной (для определения дистанции и глубины) плоскостях. Размер антенны при заданной частоте и ширине каждого лепестка ХН многолепестковой антенны можно определить по формуле:The method is based on the reception of sonar signals spatially developed in the vertical and horizontal planes of the antenna and is implemented as follows. The signals from the antenna 1 are pre-amplified and filtered in a given frequency band, after which the signals are digitized for further digital signal processing. Then, spatio-temporal processing of the signals is carried out. In addition, they form a static fan of the main lobes of the directivity characteristics (XI), which allows measuring the angles of arrival of signals in the vertical and horizontal planes. The size of the antenna in the horizontal and vertical planes must be such as to provide a given accuracy in determining the angles of arrival of signals in the horizontal (for determining the bearing) and in the vertical (for determining the distance and depth) planes. The size of the antenna at a given frequency and width of each petal XN multilobe antenna can be determined by the formula:
где h - размер антенны в метрах, - частота в кГц, α - ширина лепестков ХН в градусах по уровню - 3 дБ.where h is the antenna size in meters, is the frequency in kHz, α is the width of the CN lobes in degrees at the level of 3 dB.
Нижняя частота полосы, в которой проводится фильтрация сигналов, выбирается близкой к оптимальной частоте для заданного диапазона рабочих расстояний:The lower frequency of the band in which the signal is filtered is selected close to the optimal frequency for a given range of working distances:
где - оптимальная частота в кГц, R - расстояние в километрах.Where is the optimal frequency in kHz, R is the distance in kilometers.
Ширина полосы частот выбирается, исходя из требуемой точности оценки временных задержек с помощью взаимнокорреляционной функции. Поскольку ширина корреляционного максимума примерно равна обратной величине ширины полосы сигнала, то при требуемой обычно точности оценки временных задержек 0.5-1 мс, ширина полосы сигнала должна составлять не менее 1-2 кГц.The bandwidth is selected based on the required accuracy of estimating time delays using the cross-correlation function. Since the width of the correlation maximum is approximately equal to the reciprocal of the signal bandwidth, then with the usually required accuracy of estimating the time delays of 0.5-1 ms, the signal bandwidth should be at least 1-2 kHz.
Ширина рабочих лепестков ХН в вертикальной плоскости, как показывает экспериментальный опыт, при работе на дистанциях до 10 км не должна превышать 2÷4° и 2° на больших дистанциях. Таким образом, например, если задана рабочая дальность 25 км, то по формуле (2) получаем оценку для оптимальной частоты 4 кГц, а высота антенны по формуле (1) будет равна 9.4 м. На практике, максимальный вертикальный размер антенны, как правило, ограничен (не более 10 м), в этом случае можно работать на частотах выше оптимальной частоты для обеспечения требуемой ширины каждого лепестка ХН 2°.The width of the working CN petals in the vertical plane, as shown by experimental experience, when working at distances up to 10 km should not exceed 2 ÷ 4 ° and 2 ° at long distances. Thus, for example, if a working range of 25 km is specified, then by formula (2) we obtain an estimate for the optimal frequency of 4 kHz, and the antenna height by formula (1) will be 9.4 m. In practice, the maximum vertical size of the antenna is usually limited (no more than 10 m), in this case it is possible to work at frequencies above the optimum frequency to ensure the required width of each
Для определения координат шумового источника звука необходимо принимать с одного пеленга не менее двух сигналов этого источника, распространяющихся по отдельным лучевым траекториям в вертикальной плоскости (см. чертеж). Для проведения дальнейших измерений необходимо, чтобы сигналы приходили в разные лепестки статического веера ХН в вертикальной плоскости. Принадлежность этих сигналов одному источнику звука определяется с помощью вычисления взаимнокорреляционной функции между парами сигналов. Для этого проводят взаимнокорреляционную обработку не менее одной пары сигналов в вертикальной плоскости, выделяют пары сигналов с высокими значениями максимума взаимнокорреляционной функции, проводят измерения углов прихода этих сигналов, распространяющихся по отдельным лучевым траекториям в вертикальной плоскости, измеряют разность времен распространения по положению максимума взаимнокорреляционной функции на временной оси. Высокие значения максимума взаимнокорреляционной функции подтверждают принадлежность этих сигналов к одному источнику звука, а также сам факт распространения этих сигналов по отдельным лучевым траекториям. В общем случае, допустимо попадание в лепесток нескольких сигналов, распространяющихся по отдельным лучевым траекториям, при условии, что энергия одного из этих сигналов значительно больше, чем энергия всех остальных сигналов, попадающих в этот лепесток, вследствие чего именно этот сигнал определяет взаимнокорреляционную функцию.To determine the coordinates of a noise sound source, it is necessary to receive at least two signals from this source from one bearing propagating along individual ray paths in a vertical plane (see drawing). For further measurements, it is necessary that the signals arrive at different lobes of the static XN fan in a vertical plane. The belonging of these signals to one sound source is determined by calculating the cross-correlation function between pairs of signals. To do this, they perform mutually correlation processing of at least one pair of signals in the vertical plane, select pairs of signals with high values of the maximum of the mutual correlation function, measure the angles of arrival of these signals propagating along individual ray paths in the vertical plane, measure the difference in propagation times from the position of the maximum of the correlation function on time axis. High values of the maximum of the cross-correlation function confirm that these signals belong to the same sound source, as well as the fact of the propagation of these signals along individual ray paths. In the general case, it is permissible for several signals propagating along individual ray paths to enter the lobe, provided that the energy of one of these signals is much larger than the energy of all other signals falling into this lobe, which is why this signal determines the cross-correlation function.
Для пар сигналов с высокими значениями максимума взаимнокорреляционной функции проводятся измерения углов прихода сигналов в вертикальной плоскости, разности времен распространения равной положению максимума взаимнокорреляционной функции на временной оси, а также измеряют отношение усредненных значений энергий для каждой пары сигналов.For pairs of signals with high values of the maximum of the cross-correlation function, measurements are made of the angles of arrival of signals in the vertical plane, the difference in propagation times equal to the position of the maximum of the mutual correlation function on the time axis, and the ratio of the averaged energies for each signal pair is measured.
Далее от точки расположения приемной антенны рассчитывают лучевые траектории для измеренных углов прихода сигналов в вертикальной плоскости для пар сигналов с высокими значениями максимума взаимнокорреляционной функции и находят дистанции и глубины точек пересечения траекторий, затем в каждой точке пересечения траекторий для всех пар сигналов, распространяющихся по этим лучевым траекториям, рассчитывают разности времен распространения и отношение энергий, сравнивают измеренные и рассчитанные разности времен распространения и отношений усредненных значений энергий для всех пар сигналов, а координаты шумящего в море объекта определяют по точке пересечения лучевых траекторий, для которых оказываются наиболее близкими измеренные и рассчитанные значения отношений энергий и разностей времен распространения для всех пар сигналов, распространяющихся по отдельным лучевым траекториям.Next, from the location of the receiving antenna, calculate the ray paths for the measured angles of arrival of signals in the vertical plane for pairs of signals with high values of the maximum of the cross-correlation function and find the distances and depths of the points of intersection of the paths, then at each intersection of the paths for all pairs of signals propagating along these beam trajectories, calculate the differences in propagation times and the ratio of energies, compare the measured and calculated differences in the propagation times and rel of the averaged energy values for all pairs of signals, and the coordinates of an object noisy in the sea are determined by the point of intersection of the ray paths, for which the measured and calculated values of the ratios of the energies and differences of propagation times for all pairs of signals propagating along individual ray paths turn out to be closest.
Если измерена только одна пара сигналов, то точек пересечения их лучевых траекторий несколько. В этом случае, выбор точки пересечения, соответствующей истинному расположению источника звука, производится путем сравнения измеренных и рассчитанных разностей времен распространения и отношений энергий пары сигналов. За точку расположения источника звука принимается та точка пересечения лучевых траекторий, для которой оказываются наиболее близкими измеренные и рассчитанные значения отношений энергий и разностей времен распространения пары сигналов, приходящих по отдельным лучевым траекториям. Т.е., координаты точки пересечения лучевых траекторий, которой соответствует минимум функции В, рассчитанной по формуле (3), соответствуют координатам шумящего в море объекта:If only one pair of signals is measured, then there are several points of intersection of their ray paths. In this case, the choice of the intersection point corresponding to the true location of the sound source is made by comparing the measured and calculated differences of the propagation times and energy ratios of the pair of signals. The point of intersection of the sound source is the intersection point of the ray paths for which the measured and calculated values of the ratios of the energies and the differences in the propagation times of the pair of signals arriving along separate ray paths turn out to be the closest. That is, the coordinates of the intersection point of the ray paths, which corresponds to the minimum of the function B, calculated by the formula (3), correspond to the coordinates of the object noisy in the sea:
где ΔTe - измеренная разность времен распространения для пары сигналов, ΔTc - рассчитанная разность времен распространения для пары сигналов, Ee - измеренное отношение энергий для пары сигналов, Ec - рассчитанное отношение энергий для пары сигналов.where ΔTe is the measured difference in propagation times for a pair of signals, ΔTc is the calculated difference in propagation times for a pair of signals, Ee is the measured energy ratio for a pair of signals, Ec is the calculated energy ratio for a pair of signals.
Если было найдено несколько пар сигналов с высокими значениями максимума взаимнокорреляционной функции, то координаты единственной точки пересечения их лучевых траекторий соответствуют координатам шумящего в море объекта.If several pairs of signals were found with high values of the maximum of the cross-correlation function, then the coordinates of the only intersection point of their ray paths correspond to the coordinates of an object that is noisy in the sea.
При проведении расчетов предполагается, что известна глубина приемной антенны, а для трассы распространения звука, идущей от приемника по измеренному предварительно пеленгу, известны: профиль скорости звука, рельеф дна, акустические свойства дна и волнение морской поверхности, знание которых позволяет рассчитывать лучевые траектории, времена распространения и энергии сигналов. Если нет возможности измерить профиль скорости звука и волнение морской поверхности, их можно брать из климатических баз данных. Рельеф дна и акустические свойства дна извлекаются из соответствующих баз данных.When carrying out the calculations, it is assumed that the depth of the receiving antenna is known, and for the sound propagation path going from the receiver to the previously measured bearing, the following are known: sound velocity profile, bottom topography, acoustic properties of the bottom and sea surface waves, the knowledge of which allows one to calculate radiation paths, times propagation and energy of signals. If it is not possible to measure the sound velocity profile and sea surface swell, they can be taken from climate databases. The bottom topography and acoustic properties of the bottom are extracted from the respective databases.
При наличии на одном пеленге нескольких источников шумовых сигналов задача определения их координат решается последовательно. При этом основным критерием принадлежности к одному шумовому источнику сигналов, распространяющихся по отдельным лучевым траекториям в вертикальной плоскости и приходящих в разные лепестки вертикального статического веера ХН, остается высокое значение максимума взаимнокорреляционной функции этих сигналов.If there are several sources of noise signals on one bearing, the task of determining their coordinates is solved sequentially. In this case, the main criterion for belonging to a single noise source of signals propagating along individual ray paths in the vertical plane and arriving at different lobes of the vertical static XN fan remains a high value of the maximum of the cross-correlation function of these signals.
Отдельно стоит сказать о возможности измерения предлагаемым способом параметров движения источника шумовых сигналов. Это возможно, поскольку измеряется дистанция и глубина источника сигналов. Таким образом, используя последовательные измерения дистанции и глубины источника сигналов, можно определять направление и величину скорости в горизонтальной и вертикальной плоскости. Т.е. предлагаемый способ позволяет определять координаты и параметры движения объекта, т.е. полностью решать задачу шумопеленгования.Separately, it is worth mentioning that it is possible to measure the motion parameters of the source of noise signals by the proposed method. This is possible because the distance and depth of the signal source are measured. Thus, using successive measurements of the distance and depth of the signal source, it is possible to determine the direction and magnitude of the velocity in the horizontal and vertical plane. Those. the proposed method allows to determine the coordinates and motion parameters of the object, i.e. completely solve the problem of noise detection.
Изобретение позволяет существенно повысить точность определения координат шумящего объекта за счет устранения неопределенности при вычислении задержек сигналов, обеспечения измерения углов прихода в точку приема, а также проведения измерений разностей времен распространения и отношений усредненных значений энергий для сигналов, распространяющихся по отдельным лучевым траекториям в вертикальной плоскости с одного пеленга.The invention allows to significantly improve the accuracy of determining the coordinates of a noisy object by eliminating uncertainties in calculating signal delays, providing measurements of angles of arrival at the receiving point, as well as measuring differences in propagation times and ratios of average energy values for signals propagating along individual ray paths in the vertical plane with one bearing.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015125043/28A RU2602732C1 (en) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015125043/28A RU2602732C1 (en) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2602732C1 true RU2602732C1 (en) | 2016-11-20 |
Family
ID=57760173
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015125043/28A RU2602732C1 (en) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2602732C1 (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649887C1 (en) * | 2017-05-10 | 2018-04-05 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for determining coordinates (bearing and remote) and parameters of movement (course and speed) of marine sound-producing target |
RU2654365C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-05-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for obtaining information on noisy object in sea |
RU2680860C1 (en) * | 2017-12-07 | 2019-02-28 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of passive determination of coordinate of sources of sonar radiation |
RU2690223C1 (en) * | 2018-08-28 | 2019-05-31 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method of determining coordinates of a marine noisy target |
RU2702917C1 (en) * | 2019-03-11 | 2019-10-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea |
RU2711432C1 (en) * | 2018-11-06 | 2020-01-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of passive determination of coordinates of hydroacoustic radiation sources |
RU2718144C1 (en) * | 2019-09-26 | 2020-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Method of classification, determination of coordinates and parameters of movement of a noisy object in the infrasound frequency range |
RU2719626C1 (en) * | 2019-05-06 | 2020-04-21 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for determining noise-generating object maneuver |
RU2764386C1 (en) * | 2021-04-05 | 2022-01-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for passive determination of the coordinates of a noise-emitting marine object |
RU2780408C1 (en) * | 2021-10-20 | 2022-09-22 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for detecting noisy marine objects |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5805525A (en) * | 1996-12-11 | 1998-09-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method and apparatus for hydroacoustic detection and characterization of submersed aquatic vegetation |
RU2208811C2 (en) * | 2001-09-27 | 2003-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Procedure to obtain information on noisy objects in sea |
SU1840066A1 (en) * | 1977-06-13 | 2006-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие"Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Method for determining distance to radiation source in noise direction-finding mode |
RU2298203C2 (en) * | 2005-05-03 | 2007-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Mode of detection of noisy objects in the sea |
RU2339050C1 (en) * | 2007-05-21 | 2008-11-20 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | Method of sea noisy objects detection |
-
2015
- 2015-06-25 RU RU2015125043/28A patent/RU2602732C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1840066A1 (en) * | 1977-06-13 | 2006-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие"Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Method for determining distance to radiation source in noise direction-finding mode |
US5805525A (en) * | 1996-12-11 | 1998-09-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method and apparatus for hydroacoustic detection and characterization of submersed aquatic vegetation |
RU2208811C2 (en) * | 2001-09-27 | 2003-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Procedure to obtain information on noisy objects in sea |
RU2298203C2 (en) * | 2005-05-03 | 2007-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Mode of detection of noisy objects in the sea |
RU2339050C1 (en) * | 2007-05-21 | 2008-11-20 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | Method of sea noisy objects detection |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654365C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-05-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for obtaining information on noisy object in sea |
RU2649887C1 (en) * | 2017-05-10 | 2018-04-05 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for determining coordinates (bearing and remote) and parameters of movement (course and speed) of marine sound-producing target |
RU2680860C1 (en) * | 2017-12-07 | 2019-02-28 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of passive determination of coordinate of sources of sonar radiation |
RU2690223C1 (en) * | 2018-08-28 | 2019-05-31 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method of determining coordinates of a marine noisy target |
RU2711432C1 (en) * | 2018-11-06 | 2020-01-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of passive determination of coordinates of hydroacoustic radiation sources |
RU2702917C1 (en) * | 2019-03-11 | 2019-10-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea |
RU2719626C1 (en) * | 2019-05-06 | 2020-04-21 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for determining noise-generating object maneuver |
RU2718144C1 (en) * | 2019-09-26 | 2020-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Method of classification, determination of coordinates and parameters of movement of a noisy object in the infrasound frequency range |
RU2764386C1 (en) * | 2021-04-05 | 2022-01-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for passive determination of the coordinates of a noise-emitting marine object |
RU2780408C1 (en) * | 2021-10-20 | 2022-09-22 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for detecting noisy marine objects |
RU2788341C1 (en) * | 2022-05-16 | 2023-01-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for localization in the space of a noise-producing object in the sea |
RU2798390C1 (en) * | 2022-08-31 | 2023-06-22 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for passive determination of coordinates of a noise-generating object |
RU2797161C1 (en) * | 2022-09-27 | 2023-05-31 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Methods for determining coordinates of a sea target emitting noise |
RU2797780C1 (en) * | 2022-10-04 | 2023-06-08 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for passive determination of coordinates of a noise-generating object in the sea |
RU2816480C1 (en) * | 2023-05-15 | 2024-03-29 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for spatial location of object generating noise in sea |
RU2812119C1 (en) * | 2023-05-16 | 2024-01-23 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Methods for determining coordinates of sea target emitting noise |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2602732C1 (en) | Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea | |
US8107320B2 (en) | Autonomous sonar system and method | |
US7315488B2 (en) | Methods and systems for passive range and depth localization | |
US7106656B2 (en) | Sonar system and process | |
RU2590933C1 (en) | Device for obtaining information on noisy object in sea | |
RU2739000C1 (en) | Hydroacoustic system for detecting a moving underwater sound source, measurement of bearing on sound source and horizon of sound source in shallow sea | |
US8400875B2 (en) | Active sonar system and active sonar method using a pulse sorting transform | |
RU2515179C1 (en) | Method of determining direction of hydroacoustic transponder in multibeam navigation signal propagation conditions | |
RU2649073C1 (en) | Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon | |
RU2692841C1 (en) | Hydro acoustic method for determining purpose parameters when using an explosive signal with a wireless communication system | |
RU2208811C2 (en) | Procedure to obtain information on noisy objects in sea | |
RU2653956C1 (en) | Method of determination of present position data in the bistatic mode of hydrospace detection | |
RU2654335C1 (en) | Method of detecting noisy objects in sea with combined receiver | |
RU2724962C1 (en) | Method of determining coordinates of a marine noisy target | |
RU117018U1 (en) | NAVIGATING HYDROACOUSTIC STATION | |
RU2714303C1 (en) | Difference-range-finding method for determining the location of a radio-frequency source in multipath propagation of radio waves | |
RU2591030C1 (en) | Hydroacoustic system for detection of moving sound source, measurement of azimuth angle of source and horizon of sound source in shallow sea | |
US6704246B1 (en) | Sound-ranging system with submarine buoy | |
RU2810106C2 (en) | Method for determining coordinates of objects generating noise at sea | |
RU2660292C1 (en) | Method for determining object immersion depth | |
RU2613485C2 (en) | Method for measuring sound velocity vertical distribution in water | |
CN110865359A (en) | Underwater acoustic ranging method based on received signal strength | |
JP6922262B2 (en) | Sonar image processing device, sonar image processing method and sonar image processing program | |
RU2764386C1 (en) | Method for passive determination of the coordinates of a noise-emitting marine object | |
SUN et al. | Three-dimensional passive localization method for underwater target using regular triangular array |