RU2611556C1 - Method for determination of multiposition sonar system efficiency - Google Patents
Method for determination of multiposition sonar system efficiency Download PDFInfo
- Publication number
- RU2611556C1 RU2611556C1 RU2015147995A RU2015147995A RU2611556C1 RU 2611556 C1 RU2611556 C1 RU 2611556C1 RU 2015147995 A RU2015147995 A RU 2015147995A RU 2015147995 A RU2015147995 A RU 2015147995A RU 2611556 C1 RU2611556 C1 RU 2611556C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- probability
- given
- active
- calculation
- detection
- 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
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/04—Systems determining presence of a target
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для расчета эффективности многопозиционной активно-пассивной гидроакустической системы наблюдения (ГСН). Гидроакустические антенны являются частью (чувствительным элементом) гидроакустических систем и комплексов. При этом специальные вычислители формируют на основе сигналов датчиков пространственно-временные либо пространственно-частотные спектры акустического поля с помощью адаптивных либо не адаптивных алгоритмов (Г.С. Малышкин "Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов", т. 1 "Оптимальные методы", СПб: Электроприбор, 2009 г., с. 175…185; Г.В. Лоскутова, К.И. Палканов "Пространственно-частотные и частотно-волновые методы описания и обработки гидроакустических полей", СПб: Наука, 2007 г., С. 108…135).The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used to calculate the effectiveness of a multi-position active-passive hydroacoustic monitoring system (GOS). Hydroacoustic antennas are part (sensitive element) of hydroacoustic systems and complexes. In this case, special calculators form spatial-temporal or spatial-frequency spectra of the acoustic field on the basis of sensor signals using adaptive or non-adaptive algorithms (G. Malyshkin "Optimal and adaptive methods for processing hydroacoustic signals", vol. 1, "Optimal methods", St. Petersburg: Electrical Appliance, 2009, pp. 175 ... 185; GV Loskutova, KI Palkanov "Spatial-frequency and frequency-wave methods for describing and processing hydroacoustic fields", St. Petersburg: Nauka, 2007, p . 108 ... 135).
Расчет порога для построения вероятностных зон обнаружения при наличии одной излучающей и одной приемной антенны представлен в Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер, Адаптивные антенные решетки, М: Радио и связь, 1986, с. 100-101.The calculation of the threshold for constructing probabilistic detection zones in the presence of one emitting and one receiving antenna is presented in R.A. Monzingo, T.U. Miller, Adaptive Antenna Arrays, M: Radio and Communications, 1986, p. 100-101.
Расчет дальности действия гидроакустических антенн-приемных систем (одна излучающая и одна приемная антенна) представлен в А.П. Сташкевич. Акустика моря, Ленинград "Судостроение", 1966, с. 314. Расчет реверберации (донной, объемной и поверхностной) представлен в А.П. Сташкевич, Акустика Моря, Ленинград "Судостроение", 1966, стр. 160.The calculation of the range of hydroacoustic antenna-receiving systems (one radiating and one receiving antenna) is presented in A.P. Stashkevich. Acoustics of the sea, Leningrad "Shipbuilding", 1966, p. 314. The calculation of reverberation (bottom, volume and surface) is presented in A.P. Stashkevich, Acoustics of the Sea, Leningrad "Shipbuilding", 1966, p. 160.
Подходы, описанные в книге Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер «Адаптивные антенные решетки.М.: Радио и связь, 1986, с. 100-101 и в книге А.П. Сташкевича «Акустика моря», Ленинград «Судостроение», 1966, с. 314, выбираются за аналог для заявляемого способа обработки сигналов.The approaches described in the book of R.A. Monzingo, T.U. Miller, “Adaptive Antenna Arrays. M.: Radio and Communications, 1986, p. 100-101 and in the book of A.P. Stashkevich “Acoustics of the sea”, Leningrad “Shipbuilding”, 1966, p. 314, are selected for the analogue of the proposed signal processing method.
Недостатком известных аналогов является отсутствие общей системы расчета, для наглядного демонстрирования определенной гидроакустической системы и сравнения ее с другими, с учетом различных конфигураций системы излучающих и приемных антенн и с учетом меняющихся гидрологических условий заданного региона.A disadvantage of the known analogues is the lack of a common calculation system for demonstrating a specific sonar system and comparing it with others, taking into account various configurations of the system of emitting and receiving antennas and taking into account the changing hydrological conditions of a given region.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому способу является «Модель зон обнаружения морской РЛС» П.В. Николаева и Н.В. Самбурова, «Радиотехника», Журнал «Электромагнитные волны и электронные системы» №10 за 2014 г., с. 12-17, в которой рассмотрены прикладные вопросы построения зон обнаружения РЛС. Особое внимание уделено программной реализации построения зон и разработана модель прогнозирования зон обнаружения и алгоритм их построения, которая позволяют производить расчет и построение зон обнаружения на основе исходных данных о параметрах окружающей среды на трассе РЛС-цель, параметров станции и водной поверхности. Рассмотрены возможности разработанного ПО, реализующего основные положения работы.The closest in essence and the achieved result (prototype) to the proposed method is the "Model of detection zones for marine radar" P.V. Nikolaev and N.V. Samburova, Radio Engineering, Journal of Electromagnetic Waves and Electronic Systems, No. 10, 2014, p. 12-17, which addresses the applied issues of building radar detection zones. Particular attention is paid to the software implementation of the construction of zones and a model for predicting detection zones and an algorithm for constructing them are developed, which allow calculating and constructing detection zones based on initial data on environmental parameters on the radar-target track, station and water surface parameters. The possibilities of the developed software that implements the main provisions of the work are considered.
Недостатком известной модели является отсутствие построения зон обнаружения при условии многопозиционной активно-пассивной гидроакустической системы. Также наш способ построения, в отличие от известной модели, учитывает водную среду распространения сигналов.A disadvantage of the known model is the lack of construction of detection zones under the condition of a multi-position active-passive sonar system. Also, our construction method, in contrast to the known model, takes into account the aquatic environment of signal propagation.
Обычно эффективность гидроакустических систем определяется вероятностью обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги. Определение эффективности отдельных гидроакустических антенн обычно является частью гидроакустических расчетов и реализуется с помощью соответствующих компьютерных программ (в частности "Изделие «Онтомап В2» Программно-аппаратный комплекс гидроакустических расчетов - http://www.spiiras.nw.ru/ru/scientific-activity/unique-equipment.html).Typically, the effectiveness of sonar systems is determined by the probability of detection for a given probability of false alarm. Determining the effectiveness of individual sonar antennas is usually part of sonar calculations and is implemented using appropriate computer programs (in particular, “Ontomap B2 Product” software and hardware complex for sonar calculations - http://www.spiiras.nw.ru/ru/scientific-activity /unique-equipment.html).
Задачей изобретения является способ определения эффективности многопозиционных гидроакустических систем, содержащих произвольное число излучающих и приемных антенн.The objective of the invention is a method for determining the effectiveness of multi-position sonar systems containing an arbitrary number of emitting and receiving antennas.
Многопозиционные ГСН, состоящие из нескольких разнесенных в пространстве систем передающих и приемных антенн (в том числе и мобильных), являются более эффективными по сравнению с отдельными ГСН с одной передающей и одной приемной позициями. Методология построения многопозиционных ГСН и оценка их эффективности была разработана, в частности, в середине 80-х годов в Акустическом институте им. Н.Н. Андреева с учетом условий распространения звука в океане, определяемых с помощью расчетов функции Грина, статистических характеристик помех уровнями обмена между базовыми системами и центральным вычислительным комплексом (сигнальный уровень, уровень решающих статистик, уровень решений и т.д.).Multipoint GOS, consisting of several transmitting and receiving antennas systems (including mobile ones) spaced apart in space, are more effective than individual GOS with one transmitting and one receiving position. The methodology for constructing multi-position GOS and evaluating their effectiveness was developed, in particular, in the mid-80s at the Acoustic Institute. N.N. Andreeva, taking into account the conditions of sound propagation in the ocean, determined by calculating the Green's function, the statistical characteristics of interference by the levels of exchange between the basic systems and the central computing complex (signal level, level of decision statistics, level of solutions, etc.).
Блок-схема устройства, реализующего способ определения эффективности многопозиционной гидроакустической системы, работающей в активном режиме, представлена на Фиг. 1.A block diagram of a device that implements a method for determining the effectiveness of a multi-position sonar system operating in active mode is shown in FIG. one.
Важнейшей частью блока измерения гидрологических параметров является устройство измерения скорости звука в зависимости от глубины. В качестве такого устройства может быть применен, например, измеритель XSV для ВМС США (Тарасюк Ю.Ф. Измеритель XSV для ВМС США. Судостроение за рубежом, 1979, 4, с. 90-93). В зависимости от температуры воды скорость распространения звука в толще воды может сильно отличаться. Именно этот факт и обуславливает периодический режим измерений гидрологических условий. Блок измерения характеристик волнения моря может быть создан на основе соответствующего измерителя (Простаков А.Л. Электронный ключ к океану, Л., Судостроение, 1986, с. 69), а база данных характеристик дна - имеющихся баз данных (Океанографические таблицы, Л., Гидрометеоиздат, 1975 г.). Определение местоположения излучающих и приемных антенн может быть осуществлено с помощью спутниковой системы глобального позиционирования (например, ГЛОНАСС). Помеха может быть представлена как сумма динамических шумов океана (включая шумы дальнего судоходства, уровень которых для заданного региона обычно известен) и реверберационной помехи. Расчет реверберационной помехи может быть осуществлен в соответствии с (Сухаревский Ю.М. Статистика основных акустических параметров глубоководных районов океана и вероятностная дальность действия гидроакустических систем. Акустический журнал. 1995, т. 41, №5, с. 848-864). Расчет динамических шумов океана может быть выполнен на основании (Акустика океана. Под. ред. Л.М. Бреховских // М.: Наука, 1974, 656-657 с.).The most important part of the unit for measuring hydrological parameters is a device for measuring the speed of sound depending on depth. As such a device can be used, for example, an XSV meter for the US Navy (Tarasyuk Yu.F. XSV meter for the US Navy. Shipbuilding Abroad, 1979, 4, pp. 90-93). Depending on the temperature of the water, the speed of sound propagation in the water column can vary greatly. It is this fact that determines the periodic mode of measurements of hydrological conditions. A unit for measuring the characteristics of sea waves can be created on the basis of an appropriate meter (Prostakov A.L. Electronic key to the ocean, L., Sudostroenie, 1986, p. 69), and a database of bottom characteristics - available databases (Oceanographic tables, L. , Hydrometeoizdat, 1975). The location of the transmitting and receiving antennas can be carried out using a satellite-based global positioning system (for example, GLONASS). The interference can be represented as the sum of the dynamic noise of the ocean (including the noise of long-distance shipping, the level of which is usually known for a given region) and the reverberation noise. The calculation of the reverberation noise can be carried out in accordance with (Sukharevsky Yu.M. Statistics of the main acoustic parameters of the deep-sea areas of the ocean and the probabilistic range of hydroacoustic systems. Acoustic Journal. 1995, v. 41, No. 5, p. 848-864). The calculation of the dynamic noise of the ocean can be performed on the basis of (Acoustics of the Ocean. Ed. By L. M. Brekhovskikh // M .: Nauka, 1974, 656-657 pp.).
Блок-схема устройства, реализующего систему определения эффективности многопозиционной гидроакустической системы, работающей в пассивном режиме представлена на Фиг. 2. Как показывает сравнение рисунков, в пассивном режиме отсутствует расчет реверберационной помехи.A block diagram of a device that implements a system for determining the effectiveness of a multi-position sonar system operating in a passive mode is shown in FIG. 2. As the comparison of figures shows, in the passive mode there is no calculation of reverberation noise.
Наглядное изображение вероятности обнаружения может быть представлено в виде графических зон вероятности обнаружения (ЗВО) в виде сечений ЗВО в горизонтальной или вертикальной плоскости (фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5). Данные ЗВО позволяют оценить эффективность многопозиционной системы для заданной сигнально-помеховой обстановки, взаиморасположения приемных и излучающих антенн и гидрофизических параметров среды, что, в свою очередь, позволяет оценить дальности обнаружения в различных районах исследуемой зоны обнаружения, площади зон обнаружения с вероятностью, не ниже заданной и т.п.A visual image of the probability of detection can be represented in the form of graphic zones of probability of detection (SVO) in the form of sections of the SVO in the horizontal or vertical plane (Fig. 3, Fig. 4 and Fig. 5). ZVO data make it possible to evaluate the effectiveness of a multi-position system for a given signal-noise situation, the relative position of receiving and emitting antennas and hydrophysical parameters of the medium, which, in turn, allows one to estimate the detection range in different regions of the studied detection zone, the area of detection zones with a probability not lower than the specified etc.
Для системы из нескольких антенн возможны различные способы объединения информации, полученной на каждой из них. В частности, это объединение всей полученной информации, т.е. объединение статистик обнаружения, которое заключается в следующем. Рассматривается статистика следующего вида:For a system of several antennas, various methods of combining the information obtained on each of them are possible. In particular, this is a combination of all the information received, i.e. combining detection statistics, which is as follows. The following statistics are considered:
где uk - значение статистики на каждой антенне для каждого элемента пространственного разрешения (ЭПР), a k - весовые коэффициенты, в общем случае зависящие от номера ЭПР, K - количество приемных антенн.where u k is the statistic value at each antenna for each spatial resolution element (EPR), a k are weight coefficients, in general, depending on the EPR number, K is the number of receiving antennas.
В дальнейшем будем рассматривать только объединение по статистикам. Важной характеристикой алгоритмов обнаружения является выходное отношение сигнал/помеха (ВОСП), определяемое какIn the future, we will only consider statistics aggregation. An important characteristic of detection algorithms is the output signal-to-noise ratio (FOTS), defined as
где M1(u) - математическое ожидание статистики обнаружения при наличии сигнала, М0(u) - математическое ожидание статистики обнаружения при отсутствии сигнала, D0(u) дисперсия статистики обнаружения при отсутствии сигнала.where M 1 (u) is the mathematical expectation of detection statistics in the presence of a signal, M 0 (u) is the mathematical expectation of detection statistics in the absence of a signal, D 0 (u) is the variance of detection statistics in the absence of a signal.
Итоговое ВОСП на каждой антенне, при условии независимости статистик для различных антенн, может быть найдено по формуле:The final FOTS on each antenna, subject to the independence of statistics for different antennas, can be found by the formula:
Итоговую вероятность обнаружения в пассивном режиме при заданной вероятности ложной тревоги а находим по формуле:The final probability of detection in passive mode for a given probability of false alarm a is found by the formula:
гдеWhere
Перейдем к рассмотрению активного режима. Пусть имеется L излучающих и K приемных антенн. Обозначим ρkl ВОСП для k-й антенны, принявшей сигнал от 1-ого излучателя. Вероятность правильного обнаружения при заданном уровне ложной помехи описывается следующим выражениемLet's move on to the active mode. Let there be L emitting and K receiving antennas. Denote ρ kl FOTS for the k-th antenna that received the signal from the 1st emitter. The probability of correct detection at a given level of false interference is described by the following expression
где Kα = Г-1(1-α, К), символ Г-1 означает взятие квантили гамма-распределения.where K α = G -1 (1-α, K), the symbol G -1 means taking the quantile of the gamma distribution.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015147995A RU2611556C1 (en) | 2015-11-09 | 2015-11-09 | Method for determination of multiposition sonar system efficiency |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015147995A RU2611556C1 (en) | 2015-11-09 | 2015-11-09 | Method for determination of multiposition sonar system efficiency |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2611556C1 true RU2611556C1 (en) | 2017-02-28 |
Family
ID=58459086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015147995A RU2611556C1 (en) | 2015-11-09 | 2015-11-09 | Method for determination of multiposition sonar system efficiency |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2611556C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2708122C1 (en) * | 2019-01-22 | 2019-12-04 | Михаил Антонович Смирнов | Method of estimating the efficiency of information means of arms when detecting hcm and a device which implements |
| CN118112570A (en) * | 2024-02-23 | 2024-05-31 | 哈尔滨工程大学 | Deep sea heterogeneous active and passive sonar fusion positioning method and system |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4697456A (en) * | 1986-10-02 | 1987-10-06 | Maser Kenneth R | Leakage test for liquid containment |
| JPH06341978A (en) * | 1992-10-02 | 1994-12-13 | Univ Paris Vii | Method and device for inspecting sound utilizing time inversion |
| US6161434A (en) * | 1996-06-13 | 2000-12-19 | Fink; Mathias | Method and device for detecting and locating a reflecting sound source |
| RU2521717C1 (en) * | 2013-01-29 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Method of passive acoustic monitoring of demersal gas-liquid flows |
| RU2531794C2 (en) * | 2012-10-09 | 2014-10-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for increasing efficiency of guidance at underwater target of corrected underwater projectile of antisubmarine ammunition, and device for its implementation |
-
2015
- 2015-11-09 RU RU2015147995A patent/RU2611556C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4697456A (en) * | 1986-10-02 | 1987-10-06 | Maser Kenneth R | Leakage test for liquid containment |
| JPH06341978A (en) * | 1992-10-02 | 1994-12-13 | Univ Paris Vii | Method and device for inspecting sound utilizing time inversion |
| US6161434A (en) * | 1996-06-13 | 2000-12-19 | Fink; Mathias | Method and device for detecting and locating a reflecting sound source |
| RU2531794C2 (en) * | 2012-10-09 | 2014-10-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for increasing efficiency of guidance at underwater target of corrected underwater projectile of antisubmarine ammunition, and device for its implementation |
| RU2521717C1 (en) * | 2013-01-29 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Method of passive acoustic monitoring of demersal gas-liquid flows |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2708122C1 (en) * | 2019-01-22 | 2019-12-04 | Михаил Антонович Смирнов | Method of estimating the efficiency of information means of arms when detecting hcm and a device which implements |
| CN118112570A (en) * | 2024-02-23 | 2024-05-31 | 哈尔滨工程大学 | Deep sea heterogeneous active and passive sonar fusion positioning method and system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8107320B2 (en) | Autonomous sonar system and method | |
| RU2590933C1 (en) | Device for obtaining information on noisy object in sea | |
| RU2603724C2 (en) | Method and device to control acoustic characteristics of network of acoustic nodes located along towed acoustic linear antennae | |
| Moulton et al. | Improving the time resolution of surfzone bathymetry using in situ altimeters | |
| RU2611556C1 (en) | Method for determination of multiposition sonar system efficiency | |
| RU2653587C1 (en) | Hydroacoustic system for detection of moving sound source, measurement of azimuth angle of source and horizon of sound source in shallow sea | |
| RU2649073C1 (en) | Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon | |
| Gu et al. | Using McDaniel's model to represent non-Rayleigh reverberation | |
| CN112612027B (en) | Ocean internal wave monitoring method utilizing sound energy fluctuation in shallow sea environment | |
| Taudien | Doppler velocity log algorithms: detection, estimation, and accuracy | |
| Rutenko et al. | Acoustic monitoring and analyses of air gun, pile driving, vessel, and ambient sounds during the 2015 seismic surveys on the Sakhalin shelf | |
| Hom et al. | Statistical ambient noise maps from traffic at world and basin scales | |
| RU2618599C2 (en) | Method of construction the measured profile part of vertical speed distribution in water up to surface and down to bottom | |
| Wang et al. | Adaptive sonar beamformer based on inverse QR decomposition and recursive least squares filter for underwater target detection | |
| Gerstoft et al. | Estimation of transmission loss in the presence of geoacoustic inversion uncertainty | |
| Culver et al. | Sonar signal processing using probabilistic signal and ocean environmental models | |
| Yang et al. | Bayesian passive acoustic tracking of a cooperative moving source in shallow water | |
| Malekhanov et al. | Array Acoustic Signal Processing in Shallow-Water Channels under Conditions of a Priori Uncertainty: Estimates of the Efficiency Loss | |
| Massoud | Direction of arrival estimation in passive sonar systems | |
| Wang et al. | Fast double selectivity index-CFAR detection method for the multi-beam echo sounder | |
| Fromm | Spatial distribution and directionality of acoustic scattering in rocky environments | |
| Min et al. | Localization of impulsive sources in the ocean using the method of images | |
| JP2020128878A (en) | Arrangement recommendation device arrangement recommendation method, and program | |
| Henderson | Wide-band monopulse sonar: Processor performance in the remote profiling application | |
| Martins et al. | Environmental and acoustic assessment: The AOB concept |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171110 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20191211 |