RU2649059C1 - Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне - Google Patents

Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне Download PDF

Info

Publication number
RU2649059C1
RU2649059C1 RU2017106917A RU2017106917A RU2649059C1 RU 2649059 C1 RU2649059 C1 RU 2649059C1 RU 2017106917 A RU2017106917 A RU 2017106917A RU 2017106917 A RU2017106917 A RU 2017106917A RU 2649059 C1 RU2649059 C1 RU 2649059C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
underwater object
underwater
signal
hydro
frequency
Prior art date
Application number
RU2017106917A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Григорьевич Цыганков
Анатолий Васильевич Кистович
Григорий Вениаминович Теверовский
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри")
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 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри")
Priority to RU2017106917A priority Critical patent/RU2649059C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2649059C1 publication Critical patent/RU2649059C1/ru

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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для оценки технических параметров подводного объекта (ПО) на гидроакустическом полигоне. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение возможности оценки уровня отражения тонального акустического сигнала от корпуса ПО. Способ заключается в том, что ПО направляют по прямолинейной траектории мимо гидроакустического рабочего средства измерений (РСИ). Облучают ПО акустической волной на фиксированной частоте. Осуществляют прием доплеровского сигнала РСИ, отраженных от ПО. Определяют время-частотные распределения и оценку уровней отражения тонального сигнала от корпуса ПО. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне.
Известен способ аналогичного назначения, заключающийся в размещении на полигоне гидроакустического рабочего средства измерения (РСИ), обеспечении движения по прямолинейной траектории испытуемого подводного объекта, с равномерной скоростью относительно рабочего средства измерений, приеме рабочим средством измерений доплеровского сигнала от движущегося подводного объекта и последующей обработке принятого доплеровского сигнала, в результате которой определяют время-частотные распределения составляющих спектра излучения движущегося подводного объекта /RU 2284484, кл. G01H 3/10, 2006/.
Данный способ принят за прототип.
В прототипе в спектре излучения подводного объекта выделяют стабильную по частоте дискретную составляющую ƒ0 и на выделенной дискретной составляющей измеряют распределение доплеровских частот ƒ(t) во времени t, определяют значение скорости подводного объекта и траверзное расстояние от подводного объекта до РСИ.
Недостатком прототипа является невозможность с его помощью проведения исследований отражательных способностей подводного объекта.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение данного недостатка прототипа, т.е. получение возможности оценки уровня отражения тонального акустического сигнала от корпуса подводного объекта.
Данный технический результат достигается за счет того, что в известном доплеровском способе оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне, заключающемся в размещении на полигоне гидроакустического рабочего средства измерений, обеспечения движения по прямолинейной траектории испытуемого подводного объекта, с равномерной скоростью относительно рабочего средства измерений, приеме рабочим средством измерений доплеровского сигнала от движущегося подводного объекта и последующей обработке принятого доплеровского сигнала, в результате которой определяют время-частотные распределения движущегося подводного объекта, испытуемый подводный объект облучают акустической волной на фиксированной частоте, а прием доплеровского сигнала рабочим средством измерений проводят в отраженном от подводного объекта излучении, при последующей оценке уровней отражения тонального сигнала от корпуса подводного объекта.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 и 2 представлены схемы измерения вторичных физических полей для пояснения существа предложенного способа; на фиг. 3 представлена частотно-временная диаграмма для пояснения существующего способа; на фиг. 4 - частотно-временная диаграмма для пояснения работы предложенного способа.
Схема измерения параметров вторичных физических полей (фиг. 1) основана на следующем физическом явлении. Пусть в морской среде, в которой в фиксированных точках расположены источник 1 и приемник 2 звуковых волн, движется некоторый подводный объект 3.
Источник 1 (изображен светлым кружком) и приемник 2 (темный кружок) расположены в точках rs, и rγ соответственно. Источник непрерывно на фиксированной частоте ƒ0 излучает звуковую волну, которая, отразившись от движущегося объекта 3, попадает на приемник 2. Во время своего движения объект 3 создает в окружающем его пространстве поле скорости V(r,t), которое описывает обтекающий его поток жидкости.
Пусть некоторая часть принимаемой волны отразилась в момент времени t от малого элемента dΣ поверхности объекта 3, координаты которого задаются радиус-вектором ρΣ(t). Скорость этого элемента описывается величиной UΣ(t)=dρΣ(t)/dt.
В целях дальнейшего изложения вводятся три скалярных числа Маха, характеризующих рассматриваемую ситуацию:
Figure 00000001
- число Маха обтекающего объект потока,
Figure 00000002
- число Маха отражающего элемента,
Figure 00000003
- акустическое число Маха. Здесь с - скорость звука в морской среде, max|v a (r,t)| - максимальное значение колебательной скорости акустической волны, создаваемой в пространстве источником излучения.
При этом выполнены следующие условия:
1. M a , MU, MV<<1, что означает справедливость использования линейных моделей при описании проявляющихся в рассматриваемой ситуации акустико-гидродинамических явлений.
2. Mv<<М а при r=rs,rγ, что означает пренебрежимую малость потока обтекания объекта в точках, где расположены излучатель и приемник.
3. Постоянство во времени и пространстве скорости звука с морской среды.
4. Неизменность во времени реологических характеристик (то есть упруго-пластичных свойств) элемента поверхности dΣ.
Тогда частота сигнала, отраженного от элемента dΣ, в момент времени t и пришедшего на приемник, определяется выражением
Figure 00000004
и описывает эффект Доплера, возникающий при отражении звуковой волны от движущегося отражающего элемента при неподвижных источнике и приемнике.
Полный отраженный сигнал, поступающий на приемник, представляет собой интеграл по всей поверхности Σ рассеивающего объекта. Отраженные сигналы от разных элементов dΣ, поверхности поступают на приемник с разными частотами и различными временными задержками. Но если за время прохода объекта максимальная скорость его элементов поверхности ограничена некоторой величиной
Figure 00000005
, то во все моменты времени спектр отраженного сигнала, пришедшего на приемник, будет заключен в пределах
Figure 00000006
С учетом того, что, как уже обусловливалось выше, U/c<<1, соотношение (2) допускает приближенную запись
Figure 00000007
Таким образом, спектр сигнала, поступающего на приемник, заведомо лежит в пределах, определяемых соотношением (3).
Помимо отраженного от объекта сигнала, на приемник поступает прямой сигнал от излучателя, частота которого неизменна и равна ƒ0. Если полный сигнал, поступивший на приемник, подвергнуть полосовой фильтрации с центральной частотой полосы ƒ0 и шириной
Figure 00000008
, то на выходе приемного тракта сформируется сигнал, обусловленный только отражением от движущегося объекта, спектр которого лежит в пределах
Figure 00000009
На изложенных выше физических свойствах приема отраженного сигнала от движущегося объекта 3 с использованием эффекта Доплера основана схема измерения параметров вторичных полей, приведенная на фиг. 2.
Если бы отражатель представлял собой малую плоскую пластину, движущуюся вдоль направления оси x со скоростью u=-Uex, то частота ƒ' сигнала, пришедшего на k-тый приемник, оказалось бы связанной с частотой излученного сигнала ƒ0 соотношением
Figure 00000010
Так как отражающий объект находится в движении, то углы θs и θrk являются функциями времени. В системе отчета времени, связанный с часами, расположенными на отражающем объекте, в каждый момент времени ракурсное положение определяется соотношением
Figure 00000011
где x(t)=х0-Ut, где x0 - положение отражателя в момент времени t=0.
Подстановка (6) в (5) определяет частоту отраженного сигнала на приемнике соотношением
Figure 00000012
представляющим собой известную функцию времени при известных параметрах движения отражателя.
Учет радиального ослабления сигнала в рамках модели сферической волны позволяет в грубом приближении определить вклад в принимаемое давление на частоте ƒ' выражением
Figure 00000013
На фиг. 3 представлен сигнал на приемнике, как функция времени и (соответствующей этому времени) частоты ƒ'. Вычисления проводились по формулам (7, 8) для H=50 м, L=0, xr=-50 м, x0=500 м, U=5 м/c во временном диапазоне t∈[0...200 с]. Частота излучения ƒ0=1000 Гц.
Полученная временно-частотная зависимость позволяет с помощью фильтрации в узкой полосе, окружающей частоту ƒ0 излучателя, отстроиться от прямого сигнала, приходящего на приемник, и, как результат, измерять характеристики вторичных акустических полей, отраженных от исследуемого объекта.
Приведенные оценочные результаты получены для модели отражателя малых геометрических размеров.
Способ реализуется следующим образом.
Испытуемый подводный объект 3 движется по прямолинейной траектории с равномерной скоростью курсом к РСИ 2 (фиг. 2).
При этом испытуемый подводный объект 3 облучают акустической волной на фиксированной частоте ƒ0 при помощи излучателя 1, и осуществляют прием доплеровского сигнала РСИ 2 в отраженном от корпуса подводного объекта 3 излучения.
На фиг. 4 представлен вид время-частотного распределения в отраженном от корпуса подводного объекта излучении, которую (совместно с проходной характеристикой) используют для оценки уровней отражения тонального акустического сигнала от корпуса подводного объекта. Чем достигается поставленный технический результат.

Claims (1)

  1. Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне, заключающийся в размещении на полигоне гидроакустического рабочего средства измерений, обеспечении движения по прямолинейной траектории испытуемого подводного объекта, с равномерной скоростью относительно рабочего средства измерений, приеме рабочим средством измерений доплеровского сигнала от движущегося подводного объекта и последующей обработке принятого доплеровского сигнала, в результате которой определяют время-частотные распределения движущегося подводного объекта, отличающийся тем, что испытуемый подводный объект облучают акустической волной на фиксированной частоте, а прием доплеровского сигнала рабочим средством измерений проводят в отраженном от подводного объекта излучении, при последующей оценке уровней отражения тонального сигнала от корпуса подводного объекта.
RU2017106917A 2017-03-02 2017-03-02 Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне RU2649059C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106917A RU2649059C1 (ru) 2017-03-02 2017-03-02 Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106917A RU2649059C1 (ru) 2017-03-02 2017-03-02 Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2649059C1 true RU2649059C1 (ru) 2018-03-29

Family

ID=61867344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017106917A RU2649059C1 (ru) 2017-03-02 2017-03-02 Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2649059C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2010456C1 (ru) * 1992-03-25 1994-03-30 Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" Способ измерения уровня звукового давления гидроакустического источника в естественном водоеме и излучатель опорных сигналов для его осуществления
JP2000241545A (ja) * 1999-02-25 2000-09-08 Hitachi Zosen Corp 航行物体までの距離検出装置および距離検出方法
RU2232473C2 (ru) * 1998-08-21 2004-07-10 Эволоджикс Гмбх Способ передачи данных и система для осуществления способа
RU2284484C2 (ru) * 2004-07-26 2006-09-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") Способ определения уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме
RU2342681C2 (ru) * 2007-01-09 2008-12-27 Сергей Алексеевич Бахарев Способ обеспечения безопасности мореплавания судов с большой осадкой и водоизмещением
RU2464588C1 (ru) * 2011-06-15 2012-10-20 Владимир Владимирович Малый Устройство обнаружения шумовых гидроакустических сигналов в виде звукоряда на основе вычисления интегрального вейвлет-спектра

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2010456C1 (ru) * 1992-03-25 1994-03-30 Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" Способ измерения уровня звукового давления гидроакустического источника в естественном водоеме и излучатель опорных сигналов для его осуществления
RU2232473C2 (ru) * 1998-08-21 2004-07-10 Эволоджикс Гмбх Способ передачи данных и система для осуществления способа
JP2000241545A (ja) * 1999-02-25 2000-09-08 Hitachi Zosen Corp 航行物体までの距離検出装置および距離検出方法
RU2284484C2 (ru) * 2004-07-26 2006-09-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") Способ определения уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме
RU2342681C2 (ru) * 2007-01-09 2008-12-27 Сергей Алексеевич Бахарев Способ обеспечения безопасности мореплавания судов с большой осадкой и водоизмещением
RU2464588C1 (ru) * 2011-06-15 2012-10-20 Владимир Владимирович Малый Устройство обнаружения шумовых гидроакустических сигналов в виде звукоряда на основе вычисления интегрального вейвлет-спектра

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Demer et al. 2016 USA–Norway EK80 Workshop Report: Evaluation of a wideband echosounder for fisheries and marine ecosystem science
Siderius et al. Modeling broadband ocean acoustic transmissions with time-varying sea surfaces
US7929375B2 (en) Method and apparatus for improved active sonar using singular value decomposition filtering
Kuperman et al. Underwater acoustics
Lo et al. Aircraft flight parameter estimation using acoustic multipath delays
Pouliquen et al. Time-evolution modeling of seafloor scatter. I. Concept
John et al. Underwater ultrasonic multipath diffraction model for short range communication and sensing applications
Palmese et al. Acoustic imaging of underwater embedded objects: Signal simulation for three-dimensional sonar instrumentation
Holland Seabed reflection measurement uncertainty
Kuperman et al. Ocean acoustics, matched-field processing and phase conjugation
RU2649059C1 (ru) Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне
RU2711420C1 (ru) Способ обработки сигналов с гиперболической частотной модуляцией
RU2650722C1 (ru) Гидроакустический доплеровский способ оценки технических параметров отдельных участков корпуса подводного объекта на полигоне
Siderius et al. Modeling techniques for marine-mammal risk assessment
Moallemi et al. A new model for array spatial signature for two-layer imaging with applications to nondestructive testing using ultrasonic arrays
Menakath et al. k-Wave as a Modelling Tool for Underwater Acoustical Imaging
Rahaman et al. Performance Enhancement of Active Sonar System in Under Water Environment Using Spherical Hydrophone Array
CN113253284A (zh) 基于目标散射特性的主动声呐干涉条纹生成方法
Lacefield et al. Spatial coherence analysis applied to aberration correction using a two-dimensional array system
Kwon et al. A study for acoustic target strength characteristics of submarines using kirchhoff approximation
Deveau et al. Fluid-filled passive sonar calibration spheres: Design, modeling, and measurement
Abraham et al. Underwater acoustics
Tegborg et al. Experimental results of passive imaging of moving continuous broadband sound sources within a sensor field
RU2801053C1 (ru) Акустический способ измерения параметров движения слоистой морской среды
Jenserud et al. Modeling the power delay profile of underwater acoustic channels—The effects of out-of-plane scattering and reverberation