RU2659105C1 - Large-scale radiohydroacoustic system of monitoring, recognizing and classifying fields generated by sources in marine environment - Google Patents
Large-scale radiohydroacoustic system of monitoring, recognizing and classifying fields generated by sources in marine environment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659105C1 RU2659105C1 RU2017119606A RU2017119606A RU2659105C1 RU 2659105 C1 RU2659105 C1 RU 2659105C1 RU 2017119606 A RU2017119606 A RU 2017119606A RU 2017119606 A RU2017119606 A RU 2017119606A RU 2659105 C1 RU2659105 C1 RU 2659105C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parametric
- receiving
- acoustic
- analysis
- lines
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 23
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 claims description 6
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике. Создаваемая широкомасштабная радиогидроакустическая система мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде, формируется как пространственно-развитая и соизмеримая с протяженностью контролируемых акваторий. The invention relates to hydrophysics, geophysics and radiophysics. The large-scale radio-acoustic system being created to monitor, recognize and classify the fields generated by sources in the marine environment is being formed as spatially developed and commensurate with the length of the controlled water areas.
Работа системы основана на закономерностях нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования излученных просветных волн с измеряемыми информационными волнами источников при их совместном распространении в морской среде. Спектральная обработка многоканально принятых широкополосных сигналов разности фаз нацелена на выделение дискретных составляющих суммарной и (или) разностной частоты в спектрах частотно-преобразованных сигналов разности фаз, по которым восстанавливают характеристики измеряемых информационных волн объектов и среды.The operation of the system is based on the laws of nonlinear interaction and parametric conversion of emitted translucent waves with measured information waves of sources during their joint propagation in the marine environment. The spectral processing of multichannel adopted broadband phase difference signals is aimed at isolating the discrete components of the total and (or) difference frequency in the spectra of frequency-converted phase difference signals, which restore the characteristics of the measured information waves of objects and the environment.
Система обеспечивает дальний параметрический прием волн различной физической природы (акустических, электромагнитных и гидродинамических), генерируемых в морской среде естественными и искусственными источниками атмосферы, океана и земной коры. Диапазон частот измеряемых волн составляет сотни-десятки-единицы-доли герц, включая волны СНЧ колебаний движущихся объектов и неоднородностей среды, как целого. The system provides long-range parametric reception of waves of various physical nature (acoustic, electromagnetic and hydrodynamic) generated in the marine environment by natural and artificial sources of the atmosphere, ocean and earth's crust. The frequency range of the measured waves is hundreds, tens, units, or fractions of hertz, including waves of VLF oscillations of moving objects and inhomogeneities of the medium as a whole.
Преимущество создаваемой широкомасштабной системы относительно известных параметрических систем мониторинга заключается в том, что она предназначена для работы в протяженном гидроакустическом канале с переменными характеристиками среды и границ. The advantage of the large-scale system being created with respect to the well-known parametric monitoring systems is that it is designed to operate in an extended hydroacoustic channel with variable characteristics of the environment and boundaries.
Особенностью разрабатываемой широкомасштабной радиогидроакустической системы является применение аппарата нечеткой логики искусственных нейронных сетей для решения задач распознавания и классификации объектов по признакам их полей, как в автоматическом режиме, так и с участием оператора. Комплекс вычислительных операций нейронных сетей позволяет проводить операцию распознавания источников формирования измеряемых информационных волн путем анализа ненадежных и слабо формализированных входных данных, а также в условиях неполной и нечеткой входной информации. Получение вывода о степени принадлежности исследуемой области спектра объекту классификации выполняется с учетом оперативно обновляемой библиотеки математически обработанных образов спектрограмм объектов.A feature of the developed large-scale radio-acoustic system is the use of the fuzzy logic apparatus of artificial neural networks to solve problems of recognition and classification of objects by the signs of their fields, both in automatic mode and with the participation of the operator. The complex of computational operations of neural networks allows the operation of recognition of the sources of formation of measured information waves by analyzing unreliable and weakly formalized input data, as well as in conditions of incomplete and fuzzy input information. The conclusion on the degree of belonging of the studied region of the spectrum to the classification object is carried out taking into account the rapidly updated library of mathematically processed images of the spectrograms of objects.
Для оценки новизны научно-технических решений представляемого изобретения проведем краткий анализ этого направления. Разработки гидроакустических систем, как приемных параметрических антенн (ППА) в России, а также в зарубежных странах (преимущественно в США и Японии) интенсивно проводились еще в прошлом столетии. В России параметрические антенны были разработаны и реализованы акустиками Таганрога. Материалы научно-технических разработок ППА широко опубликованы в изданиях различного уровня. (См. Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в системах гидролокации. - Л.: Судостроение. - 1990. - С. 17-40, 203-225). Разрабатываемые параметрические антенны и реализующие их радиотехнические системы основаны на использовании естественных нелинейных свойств морской среды. Накачка среды применялась только акустическая с частотой десятки кГц, чаще сотни кГц. Параметрические антенны обеспечили решение задачи широкополосного направленного излучения в гидроакустике, повысили чувствительность приема информационных волн. При этом дальность приема волн в системах с высокочастотными параметрическими антеннами оставалась незначительной и составляла сотни метров и только в отдельных случаях единицы километров. Эти недостатки ППА ограничили возможность их применения в стационарных и корабельных гидроакустических станциях и комплексах. Устранение недостатков высокочастотных параметрических антенн достигнуто в просветных параметрических системах мониторинга с низкочастотной подсветкой (накачкой) контролируемой среды, формирующей многолучевую пространственно-развитую параметрическую антенну. (См. Мироненко М.В., Малашенко А.Е., Карачун Л.Э., Василенко А.М. Низкочастотный просветный метод дальней гидролокации гидрофизических полей морской среды: монография. - Владивосток: СКБ САМИ ДВО РАН, 2006. - 173 с.).To assess the novelty of scientific and technical solutions of the presented invention, we will conduct a brief analysis of this direction. The development of hydroacoustic systems as receiving parametric antennas (PAP) in Russia, as well as in foreign countries (mainly in the USA and Japan), was intensively carried out in the last century. In Russia, parametric antennas were developed and implemented by Taganrog acoustics. Materials of scientific and technical developments of PAP are widely published in publications of various levels. (See Novikov B.K., Timoshenko V.I. Parametric antennas in sonar systems. - L.: Shipbuilding. - 1990. - S. 17-40, 203-225). The developed parametric antennas and the radio engineering systems that implement them are based on the use of the natural nonlinear properties of the marine environment. The pumped medium was used only acoustic with a frequency of tens of kHz, often hundreds of kHz. Parametric antennas provided a solution to the problem of broadband directional radiation in sonar, and increased the sensitivity of receiving information waves. At the same time, the range of wave reception in systems with high-frequency parametric antennas remained insignificant and amounted to hundreds of meters and only in some cases a few kilometers. These shortcomings of PAP have limited the possibility of their use in stationary and ship hydroacoustic stations and complexes. The elimination of the disadvantages of high-frequency parametric antennas has been achieved in translucent parametric monitoring systems with low-frequency illumination (pumping) of a controlled medium forming a multi-beam spatially developed parametric antenna. (See Mironenko M.V., Malashenko A.E., Karachun L.E., Vasilenko A.M. Low-frequency translucent method for long-range sonar hydrophysical fields of the marine environment: monograph. - Vladivostok: SKB SAMI FEB RAS, 2006. - 173 from.).
Технические решения по созданию просветных параметрических антенн представлены в следующих изобретениях: «Способ формирования параметрической антенны в морской среде» пат. №2550588 RU G10K 11/00, 18.02.2014; «Способ формирования и применения пространственно-развитой просветной параметрической антенны в морской среде» пат. №2602995 RU G01H 3/00, 20.11.2016 г. Technical solutions for the creation of luminous parametric antennas are presented in the following inventions: "Method for forming a parametric antenna in the marine environment" US Pat. No. 2550588
Наиболее близким техническим решением к представляемому изобретению, которое выбрано в качестве прототипа, является радиогидроакустическая система параметрического приема волн источников и явлений атмосферы, океана и земной коры в морской среде (RU №2593673 G01H 3/00, 10.08.2016 г.), которая обеспечивает: The closest technical solution to the present invention, which is selected as a prototype, is a radio-acoustic system for parametric reception of waves of sources and phenomena of the atmosphere, ocean and the earth's crust in the marine environment (RU No. 2593673
- формирование рабочей зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых волн на контролируемом участке акватории, позволяющей выполнять дальний параметрический прием информационных волн различной физической природы в диапазоне частот сотни-десятки-единицы-доли герц;- the formation of a working zone of nonlinear interaction and parametric transformation of the lumen and measured waves in a controlled area of the water, allowing long-range parametric reception of information waves of various physical nature in the frequency range of hundreds, tens, units, or fractions of hertz;
- дальний параметрический прием в морской среде информационных волн источников воздушной и океанской среды, а также донного грунта, что достигается за счет их нелинейного взаимодействия с просветными волнами в приповерхностном и придонном слоях морской среды за счет многолучевого распространения звука; - long-range parametric reception in the marine environment of information waves of sources of air and ocean environment, as well as bottom soil, which is achieved due to their nonlinear interaction with translucent waves in the surface and bottom layers of the marine environment due to multipath sound propagation;
- определение местоположений источников излучения информационных волн (дистанции и глубины), за счет использования в системе закономерностей многолучевого распространения сигналов и связанных с ним направленных свойств параметрических антенн.- determination of the locations of the sources of radiation of information waves (distance and depth), due to the use in the system of the laws of multipath propagation of signals and related directed properties of parametric antennas.
Недостатками системы-прототипа, которые будут устранены в предлагаемом изобретении, являются следующие: The disadvantages of the prototype system, which will be eliminated in the present invention, are the following:
- отсутствуют технические решения и реализующие их технические блоки, обеспечивающие масштабирование (наращивание) просветной радиогидроакустической системы мониторинга, как комплекса пространственно-развитых многолучевых параметрических антенн, сформированных в пределах широкомасштабной акватории;- there are no technical solutions and technical blocks that implement them, which provide scaling (building up) of the luminaire hydro-acoustic monitoring system as a complex of spatially developed multi-beam parametric antennas formed within a large-scale water area;
- отсутствуют технологии и реализующие их технические блоки, обеспечивающие распознавание и классификацию источников формирования измеряемых информационных полей, как в автоматическом режиме, так и с участием оператора; - there are no technologies and technical blocks implementing them that provide recognition and classification of sources of formation of measured information fields, both in automatic mode and with the participation of the operator;
- отсутствуют технологии и реализующие их технические блоки, обеспечивающие выработку команд управления работой широкомасштабной радиогидроакустической системы в процессе мониторинга акватории.- there are no technologies and technical blocks that implement them, which ensure the development of commands for controlling the operation of a large-scale radio-acoustic system in the process of monitoring the water area.
В совокупности, указанные недостатки предполагают разработку и реализацию в широкомасштабной радиогидроакустической системе мониторинга, распознавания и классификации полей, новых измерительных технологий и реализующих их технических блоков. Together, these shortcomings suggest the development and implementation of a large-scale radio-acoustic system for monitoring, recognition and classification of fields, new measuring technologies and technical blocks that implement them.
Исходя из этого задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в разработке широкомасштабной радиогидроакустической системы, обеспечивающей мониторинг полей различной физической природы в пределах заданного пространства широкомасштабной акватории. Это достигается путем масштабирования основной просветной параметрической системы за счет введения в ее структуру дополнительных подсистем, размещенных на заданных участках акватории. Широкомасштабная радиогидроакустическая система должна выполнять распознавание и классификацию источников формирования в морской среде измеряемых информационных полей в условиях неполной и нечеткой входной информации, что достигается введением в ее состав линий нейросетевого анализа, реализующих комплекс вычислительных операций нейронных сетей, и Единого информационно-аналитического центра для выработки сигналов (команд) управления работой широкомасштабной системы в соответствии с условиями проведения мониторинга акваторий.Based on this, the task to which the claimed invention is directed is expressed in the development of a large-scale radio-hydroacoustic system that provides monitoring of fields of various physical nature within a given space of a large-scale water area. This is achieved by scaling the main luminal parametric system by introducing into its structure additional subsystems located in predetermined areas of the water area. A large-scale radio-acoustic system must recognize and classify the sources of formation of measured information fields in the marine environment under conditions of incomplete and fuzzy input information, which is achieved by introducing neural network analysis lines implementing the complex of computational operations of neural networks and a Unified Information and Analytical Center for generating signals (teams) managing the operation of a large-scale system in accordance with the conditions for monitoring water areas.
Для решения поставленной задачи широкомасштабная радиогидроакустическая система мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде, включает в себя основную просветную параметрическую систему, которая содержит подводные излучатели и приемные блоки, соединенные кабелем с излучающим и приемным трактами системы соответственно, сформированные в морской среде между излучающими и приемными преобразователями рабочие зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн; при этом излучающий тракт системы включает в себя последовательно соединенные генератор сигналов стабилизированной частоты в диапазоне десятки-сотни герц, усилитель мощности сигналов и блок согласования его выхода с подводными излучателями просветных акустических сигналов, а приемный тракт содержит коммутатор линий анализа принимаемых сигналов, выходы которого соединены с входами трех линий корреляционного и одной линии спектрального анализа, далее выходы которых соединены с входами блока анализа выделяемой всеми линиями информации; причем каждая из трех линий корреляционного анализа содержит последовательно соединенные блок широкополосного усилителя сигналов, блок измерения функций корреляции между средним и крайними одиночными приемными гидрофонами, блок измерения функции их взаимной корреляции, а линия спектрального анализа включает в себя последовательно соединенные широкополосный усилитель сигналов, преобразователь частотно-временного масштаба спектров сигналов в высокочастотную область, узкополосный анализатор их спектра и функционально связанный с ним регистратор спектров; при этом рабочие зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн сформированы в вертикальной плоскости контролируемой среды как многолучевые пространственно-развитые параметрические антенны, для чего используются три всенаправленных излучателя, установленные по глубине на оси, ниже и выше оси подводного звукового канала (ПЗК), а также приемные преобразователи, объединенные в три одинаковых блока, которые установлены относительно оси ПЗК аналогично излучателям, причем одиночные гидрофоны каждого приемного блока посредством кабелей соединены с приемным трактом системы через коммутатор линий анализа принимаемых сигналов; при этом основная просветная параметрическая система сформирована как комплекс вертикальных многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру обследуемого участка акватории через 45° и ориентированных от излучающего центра к периферии, а расстояния между акустическими преобразователями приемных блоков установлены в соответствии с корреляционными характеристиками вертикальной структуры просветного акустического поля.To solve this problem, a large-scale radio-acoustic system for monitoring, recognizing and classifying fields generated by sources in the marine environment includes a main luminal parametric system that contains underwater emitters and receiving units connected by a cable to the emitting and receiving paths of the system, respectively, formed in the marine environment between the emitting and receiving converters, the working areas of nonlinear interaction and parametric transformation of the luminal and measured information waves; the emitting path of the system includes a series-connected signal generator of a stabilized frequency in the range of tens to hundreds of hertz, a signal power amplifier and a unit for matching its output with underwater emitters of luminous acoustic signals, and the receiving path contains a switch of lines for analyzing the received signals, the outputs of which are connected to the inputs of three lines of correlation and one line of spectral analysis, then the outputs of which are connected to the inputs of the analysis unit allocated by all lines of information AI; moreover, each of the three lines of correlation analysis contains a serially connected unit of a broadband signal amplifier, a unit for measuring the correlation functions between the middle and extreme single receiving hydrophones, a unit for measuring the functions of their mutual correlation, and the line of spectral analysis includes a serially connected broadband signal amplifier, a frequency converter the time scale of the spectra of signals in the high-frequency region, a narrow-band analyzer of their spectrum and functionally associated with their spectra recorder; in this case, the working areas of nonlinear interaction and parametric transformation of the luminal and measured information waves are formed in the vertical plane of the controlled medium as multi-beam spatially developed parametric antennas, for which three omnidirectional emitters are used, installed in depth on the axis, below and above the axis of the underwater sound channel (CCD) ), as well as receiving converters, combined in three identical blocks, which are installed relative to the SLC axis similarly to radiators, and about inochnye hydrophones each receiver unit by means of cables connected to the system through the reception path received switch signal analysis lines; the main luminal parametric system is formed as a complex of vertical multipath parametric antennas located around the circle or perimeter of the examined area of the water area through 45 ° and oriented from the emitting center to the periphery, and the distances between the acoustic transducers of the receiving units are set in accordance with the correlation characteristics of the vertical structure of the luminous acoustic fields.
Предлагаемая система отличается тем, что широкомасштабная радиогидроакустическая система сформирована в пределах протяженного пространства акватории, для чего основная просветная параметрическая система размещена в центре контролируемого участка акватории, а дополнительные подсистемы, введенные в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, размещены на заданных участках акватории, причем основная система и дополнительные подсистемы объединены общим излучающим трактом, но снабжены различными приемными трактами с их подводными излучателями и приемными блоками; при этом выходы излучающего тракта через блок переключения излучающих преобразователей соединены с входами подводных излучателей основной и дополнительных подсистем, а выходы подводных приемных преобразователей соединены с входами приемных трактов основной и дополнительных подсистем соответственно, которые через блок переключения приемных трактов по каналам радиосвязи входят в Единый информационно-аналитический центр (ЕИАЦ), введенный в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, для распознавания и классификации источников формирования полей различной физической природы в морской среде, а также выработки сигналов (команд) управления работой масштабируемой системы; при этом в состав всех приемных трактов введены линии нейросетевого анализа для автоматического определения степени принадлежности исследуемой области спектра объекту классификации, включающие в себя последовательно соединенные управляемый коммутатор, блок нейросетевого распознавания и классификации, блок совокупного анализа. Кроме того дополнительные подсистемы сформированы как комплексы вертикальных многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру контролируемой акватории через 45° и ориентированных от центра к периферии, при этом дополнительные подсистемы удалены от соседних с ними подсистем на дистанции, обеспечивающие мониторинг акватории. Кроме того приемные блоки дополнительных подсистем формируются как дискретные антенны, у которых расстояния между преобразователями (гидрофонами) устанавливаются в соответствии с корреляционными свойствами просветного акустического поля.The proposed system is characterized in that a large-scale radio-acoustic system is formed within the extended space of the water area, for which the main luminal parametric system is located in the center of the controlled area of the water area, and additional subsystems introduced into the large-scale radio-acoustic system are located in predetermined areas of the water area, the main system and additional subsystems are combined by a common radiating path, but equipped with various receiving paths with their underwater emitters and receiving units; the outputs of the radiating path through the switching unit of the radiating transducers are connected to the inputs of the underwater emitters of the main and additional subsystems, and the outputs of the underwater receiving transducers are connected to the inputs of the receiving paths of the main and additional subsystems, respectively, which enter the Unified Information System through the switching unit of the receiving paths via radio channels analytical center (EIAC), introduced into the large-scale radio-acoustic system for the recognition and classification of points of formation of fields of various physical nature in the marine environment, as well as the generation of signals (commands) for controlling the operation of a scalable system; at the same time, neural network analysis lines were introduced into all the receiving paths to automatically determine the degree of belonging of the studied region of the spectrum to the classification object, including a series-connected managed switch, a neural network recognition and classification unit, an aggregate analysis unit. In addition, additional subsystems are formed as complexes of vertical multipath parametric antennas located in a circle or perimeter of a monitored water area at 45 ° and oriented from the center to the periphery, while additional subsystems are removed from their neighboring subsystems at a distance that provides monitoring of the water area. In addition, the receiving units of the additional subsystems are formed as discrete antennas, in which the distances between the transducers (hydrophones) are set in accordance with the correlation properties of the translucent acoustic field.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого изобретения и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed invention and known technical solutions indicates its compliance with the criterion of "novelty."
Отличительный признак, заключающийся в том, что «широкомасштабная радиогидроакустическая система сформирована в пределах протяженного пространства акватории, для чего основная просветная параметрическая система размещена в центре контролируемого участка акватории, а дополнительные подсистемы, введенные в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, размещены на заданных участках акватории, причем основная система и дополнительные подсистемы объединены общим излучающим трактом, но снабжены различными приемными трактами с их подводными излучателями и приемными блоками» обеспечивает формирование широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде, в пределах протяженного пространства акватории, а также обеспечивает расширение ее функциональных возможностей.A distinctive feature is that “a large-scale radio-acoustic system is formed within the extended space of the water area, for which the main luminal parametric system is located in the center of the controlled area of the water area, and additional subsystems introduced into the composition of the large-scale radio-acoustic system are located in predetermined areas of the water area, the main system and additional subsystems are combined by a common radiating path, but equipped with different receiving paths E with their emitters and receiving underwater blocks "provides large-scale formation radiogidroakusticheskoy monitoring system, recognition and classification fields generated by sources in a marine environment, within an extended space waters, and also provides expansion of its functionality.
Отличительный признак, заключающийся в том, что «выходы излучающего тракта через блок переключения излучающих преобразователей соединены с входами подводных излучателей основной и дополнительных подсистем» обеспечивает возможность формирования и работы излучающих блоков основной и дополнительных подсистем, как общего излучающего тракта широкомасштабной радиогидроакустической системы.The distinguishing feature is that “the outputs of the radiating path through the switching unit of the radiating transducers are connected to the inputs of the underwater emitters of the main and additional subsystems” provides the possibility of the formation and operation of the radiating blocks of the main and additional subsystems as a common radiating path of a large-scale radio-acoustic system.
Отличительный признак, заключающийся в том, что «выходы подводных приемных преобразователей соединены с входами приемных трактов основной и дополнительных подсистем соответственно, которые через блок переключения приемных трактов по каналам радиосвязи входят в Единый информационно-аналитический центр (ЕИАЦ)» обеспечивает возможность формирования и работы приемных трактов, дополнительно сформированных подсистем, как единого приемного комплекса широкомасштабной радиогидроакустической системы.A distinctive feature is that “the outputs of the underwater receiving transducers are connected to the inputs of the receiving paths of the main and additional subsystems, respectively, which through the switching path of the receiving paths through radio channels enter the Unified Information and Analytical Center (EIAC)” paths, additionally formed subsystems, as a single receiving complex of a large-scale radio-acoustic system.
Отличительный признак, заключающийся в том, что «Единый информационно-аналитический центр (ЕИАЦ), введенный в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, для распознавания и классификации источников формирования полей различной физической природы в морской среде, а также выработки сигналов (команд) управления работой масштабируемой системы» обеспечивает выполнение итогового анализа, распознавания и классификации математически обработанных образов спектрограмм объектов используя оперативно обновляемую библиотеку математически обработанных образов спектрограмм объектов, а также выработку команд управления работой широкомасштабной радиогидроакустической системы в соответствии с изменениями условий и задач мониторинга акватории.A distinctive feature is that the “Unified Information and Analytical Center (EIAC), introduced into the large-scale radio-acoustic system, for recognition and classification of sources of formation of fields of various physical nature in the marine environment, as well as generation of signals (commands) for controlling the operation of the scalable system »Provides the implementation of the final analysis, recognition and classification of mathematically processed images of the spectrograms of objects using the online library of materials cally treated spectrogram images of objects, as well as the production of the operation control command radiogidroakusticheskoy large-scale system in accordance with changes in the conditions and waters monitoring tasks.
Отличительный признак, заключающийся в том, что «в состав всех приемных трактов введены линии нейросетевого анализа для автоматического определения степени принадлежности исследуемой области спектра объекту классификации, включающие в себя послeдовательно соединенные управляемый коммутатор, блок нейросетевого распознавания и классификации, блок совокупного анализа» обеспечивает возможность предварительного распознавания и классификации источников формирования в морской среде полей различной физической природы путем анализа ненадежных и слабо формализированных входных данных, а также определение степени принадлежности исследуемой области спектра объекту классификации в условиях неполной и нечеткой входной информации.A distinctive feature is that “neural network analysis lines have been included in all the receiving paths to automatically determine the degree of belonging of the studied region of the spectrum to the classification object, including sequentially connected managed switch, neural network recognition and classification unit, aggregate analysis unit” recognition and classification of sources of formation in the marine environment of fields of various physical nature by analysis not Rugged design and reliable weakly formalized input data, and to determine the degree of belonging of the spectrum object classification with incomplete and fuzzy input.
Дополнительный отличительный признак, заключающийся в том, что «дополнительные подсистемы сформированы как комплексы вертикальных многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру контролируемой акватории через 45° и ориентированных от центра к периферии, при этом дополнительные подсистемы удалены от соседних с ними подсистем на дистанции, обеспечивающие мониторинг акватории» обеспечивает возможность дальнего параметрического приема в морской среде информационных волн различной физической природы источников атмосферы, океана и земной коры.An additional distinguishing feature is that “the additional subsystems are formed as complexes of vertical multipath parametric antennas located around the circle or perimeter of the monitored area through 45 ° and oriented from the center to the periphery, while the additional subsystems are removed from their neighboring subsystems at a distance, monitoring the waters ”provides the possibility of long-range parametric reception in the marine environment of information waves of various physical nature sources kov atmosphere, ocean and crust.
Дополнительный отличительный признак, заключающийся в том, что «приемные блоки дополнительных подсистем формируются как дискретные антенны, у которых расстояния между преобразователями (гидрофонами) устанавливаются в соответствии с корреляционными свойствами просветного акустического поля» обеспечивает помехоустойчивый параметрический прием информационных волн в протяженном гидроакустическом канале с переменными характеристиками среды и границ, а также точность определения углов их прихода на антенны в вертикальной плоскости. Исходя из совокупности отличительных признаков изобретения обобщенная формулировка технического результата может быть изложена в следующем виде - разработана широкомасштабная радиогидроакустическая система, обеспечивающая на протяженных акваториях мониторинг, распознавание и классификацию источников формирования полей различной физической природы в морской среде в диапазоне частот сотни-десятки-единицы-доли герц, включая СНЧ колебания движущихся объектов и неоднородностей среды, как целого. Операции распознавания и классификации источников формирования в морской среде информационных полей, выполняются на базе нечеткой логики искусственных нейронных сетей, как в автоматическом режиме, так и с участием оператора.An additional distinguishing feature is that "the receiving units of the additional subsystems are formed as discrete antennas, for which the distances between the transducers (hydrophones) are set in accordance with the correlation properties of the luminous acoustic field" provides noise-resistant parametric reception of information waves in an extended sonar channel with variable characteristics environment and boundaries, as well as the accuracy of determining the angles of their arrival at the antenna in the vertical plane. Based on the totality of the distinguishing features of the invention, the generalized formulation of the technical result can be summarized as follows - a large-scale radio-acoustic system has been developed that provides monitoring, recognition and classification of sources of formation of fields of various physical nature in the marine environment over extended water areas in the frequency range of hundreds-tens-units-fractions hertz, including VLF oscillations of moving objects and heterogeneities of the medium as a whole. Recognition and classification operations of sources of formation of information fields in the marine environment are performed on the basis of fuzzy logic of artificial neural networks, both in automatic mode and with the participation of the operator.
Заявленное изобретение иллюстрируется рисунками. На фиг. 1 приведена структурная схема основной (масштабируемой) просветной параметрической системы мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде. На фиг. 2 приведена структурная схема предлагаемой широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации источников формирования полей различной физической природы в морской среде, с ее функциональными связями. На фиг. 3-5 приведены спектры и спектрограммы полей различной физической природы, генерируемых источниками в морской среде. При этом на фиг. 3 представлена спектрограмма акустических резонансных и гидродинамических полей движущегося морского судна, частота подсветки среды 400 Гц, протяженность контролируемой трассы 30 км. На фиг. 4 представлен спектр электромагнитных излучений морского судна, измеренный низкочастотным просветным методом, с частотой подсветки среды 390 Гц, протяженность обследуемой трассы 45 км. Спектр иллюстрирует результат нелинейного взаимодействия акустических и электромагнитных волн в морской среде. На фиг. 5 приведен результат тройного нелинейного взаимодействия волн различной физической природы (акустические волны на частоте подсветки среды 386 Гц, электромагнитные волны на частоте 400 Гц и акустические волны вально-лопастного звукоряда морского судна) в морской среде на просветной трассе протяженностью 30 км. На фиг. 6, 7 представлены запись сигнала предвестника землетрясений (амплитудно-временная характеристика) и его спектр в формате 3D. Измерения соответствуют формированию сейсмических возмущений в районах Курильской гряды и их приему на о. Сахалин. На фиг. 8 представлена спектрограмма шумового излучения воздушного источника (летательного аппарата). На фиг. 9 приведены спектрограмма и спектр излучений береговых инженерных источников на трассе о. Сахалин-береговая линия Приморья, протяженность трассы около 310 км. На фиг. 10 проиллюстрирована спектрограмма синоптических возмущений поверхности моря за полный период прохождения циклона, протяженность просветной линии 345 км. На фиг.11 представлена спектрограмма просветных сигналов (частота подсветки морской среды 400 Гц), модулированных гидродинамическими волнами и СНЧ колебаниями движущегося судна на трассе протяженностью 345 километров. Для распознавания и классификации подводных технических источников информационных полей наиболее пригодна архитектура сети трехслойного персептрона, которая обучается методом обратного распространения ошибки. Общая структура сети трехслойного персептрона с трехмерными входным и выходным векторами представлена на фиг. 12. Для классификации надводных объектов наиболее пригодна архитектура комбинированной распознающей сети, состоящая из сетей Кохонена (конкурирующая сеть) и Гросберга. Общая структура комбинированной распознающей сети представлена на фиг. 13. На фиг. 14-17 представлены сравнительные данные по результатам распознавания (классификации) для надводных и подводных объектов сетями Персептрон, Кохонена-Гроссберга и ANFIS, где по оси ординат отложен коэффициент распознавания (классификации), т.е. отношение числа распознанных (классифицированных) объектов к общему числу испытаний в процентах. На фиг. 14, 15 приведены графики зависимости коэффициента распознавания (классификации) подводного и надводного объектов от времени обработки сигналов. На фиг. 16, 17 приведены графики влияния зашумленности входного сигнала на оценку качества распознавания (классификации) подводного и надводного объектов соответственно. При зашумленности сигнала более 10 дБ распознавание (классификация) практически не происходит. Уверенное распознавание (классификация) происходит при зашумленности входного сигнала порядка более 5 дБ. Следует отметить, что как для надводного, так и для подводного объекта нечеткая сеть ANFIS производит более качественное распознавание (классификацию) зашумленного сигнала, а в области от 5 дБ и более работает как сети Персептрон и Кохонена-Гроссберга.The claimed invention is illustrated by drawings. In FIG. Figure 1 shows the structural diagram of the main (scalable) translucent parametric system for monitoring, recognizing and classifying fields generated by sources in the marine environment. In FIG. Figure 2 shows the structural diagram of the proposed large-scale radio-acoustic system for monitoring, recognition and classification of sources of formation of fields of various physical nature in the marine environment, with its functional connections. In FIG. 3-5 show spectra and spectrograms of fields of various physical nature generated by sources in the marine environment. Moreover, in FIG. Figure 3 shows a spectrogram of the acoustic resonance and hydrodynamic fields of a moving marine vessel, the frequency of illumination of the medium is 400 Hz, the length of the controlled path is 30 km. In FIG. Figure 4 shows the spectrum of electromagnetic radiation of a marine vessel, measured by the low-frequency translucent method, with a frequency of illumination of the medium of 390 Hz, the length of the surveyed route is 45 km. The spectrum illustrates the result of a nonlinear interaction of acoustic and electromagnetic waves in a marine environment. In FIG. Figure 5 shows the result of triple nonlinear interaction of waves of various physical nature (acoustic waves at a frequency of illumination of a medium of 386 Hz, electromagnetic waves at a frequency of 400 Hz and acoustic waves of a shaft-blade scale of a marine vessel) in a marine environment on a 30 km long light path. In FIG. Figures 6 and 7 show the recording of an earthquake precursor signal (amplitude-time characteristic) and its spectrum in 3D format. The measurements correspond to the formation of seismic disturbances in the areas of the Kuril ridge and their reception on about. Sakhalin. In FIG. Figure 8 shows a spectrogram of noise emission from an air source (aircraft). In FIG. Figure 9 shows a spectrogram and a spectrum of emissions from coastal engineering sources on the Fr. Sakhalin-coastline of Primorye, the length of the route is about 310 km. In FIG. 10 illustrates the spectrogram of synoptic disturbances of the sea surface over the full period of passage of the cyclone, the length of the luminal line 345 km. Figure 11 presents the spectrogram of the luminal signals (the frequency of illumination of the marine environment is 400 Hz), modulated by hydrodynamic waves and VLF oscillations of a moving vessel on a track length of 345 kilometers. For recognition and classification of underwater technical sources of information fields, the most suitable is the architecture of a network of a three-layer perceptron, which is trained by the method of back propagation of error. The general network structure of a three-layer perceptron with three-dimensional input and output vectors is shown in FIG. 12. For the classification of surface objects, the architecture of a combined recognition network consisting of Kohonen networks (a competing network) and Grosberg is most suitable. The general structure of the combined recognition network is shown in FIG. 13. In FIG. Figures 14-17 show comparative data on the recognition (classification) results for surface and underwater objects by the Perceptron, Kohonen-Grossberg, and ANFIS networks, where the recognition (classification) coefficient is plotted along the ordinate axis, i.e. the ratio of the number of recognized (classified) objects to the total number of tests in percent. In FIG. 14, 15 are graphs of the dependence of the recognition coefficient (classification) of underwater and surface objects on the signal processing time. In FIG. 16, 17 are graphs of the influence of the noise level of the input signal on the assessment of the recognition quality (classification) of underwater and surface objects, respectively. With a noise level of more than 10 dB, recognition (classification) practically does not occur. Confident recognition (classification) occurs when the input signal is noisy over 5 dB. It should be noted that for both a surface and an underwater object, the fuzzy ANFIS network performs better recognition (classification) of a noisy signal, and in the region of 5 dB or more, both the Perceptron and Kohonen-Grossberg networks work.
На фиг. 1 и фиг. 2 введены следующие обозначения:In FIG. 1 and FIG. 2, the following notation is introduced:
1 - излучающий тракт;1 - radiating path;
1.1 - блок переключения излучающих преобразователей;1.1 - block switching emitting converters;
1.2 - блок переключения приемных трактов;1.2 - block switching receiving paths;
2 - генератор сигналов стабилизированной частоты;2 - signal generator of a stabilized frequency;
3 - усилитель мощности;3 - power amplifier;
4 - блок согласования;4 - matching unit;
5.1, 5.2 … 5.n - излучатели;5.1, 5.2 ... 5.n - emitters;
6.1, 6.2 … 6.n - излучатели;6.1, 6.2 ... 6.n - emitters;
7.1, 7.2 … 7.n - излучатели;7.1, 7.2 ... 7.n - emitters;
8.1, 8.2 … 8.n - приемные блоки, сформированные из трех акустических преобразователей (гидрофонов);8.1, 8.2 ... 8.n - receiving units formed of three acoustic transducers (hydrophones);
9.1, 9.2 … 9.n - приемные блоки, сформированные из трех акустических преобразователей (гидрофонов);9.1, 9.2 ... 9.n - receiving units formed of three acoustic transducers (hydrophones);
10.1, 10.2 … 10.n - приемные блоки, сформированные из трех акустических преобразователей (гидрофонов);10.1, 10.2 ... 10.n - receiving units formed of three acoustic transducers (hydrophones);
11.1, 11.2 … 11.n - приемные тракты;11.1, 11.2 ... 11.n - receiving paths;
12.1 - коммутатор линий анализа;12.1 - switch lines of analysis;
13.1 - 16.1 линии корреляционного и спектрального анализа; 13.1 - 16.1 lines of correlation and spectral analysis;
13.1.1, 14.1.1, 15.1.1, 16.1.1 - широкополосные усилители сигналов;13.1.1, 14.1.1, 15.1.1, 16.1.1 - broadband signal amplifiers;
13.1.2, 13.1.3, 14.1.2, 14.1.3, 15.1.2, 15.1.3 - блоки измерения функций корреляции между средним и крайними одиночными приемными гидрофонами;13.1.2, 13.1.3, 14.1.2, 14.1.3, 15.1.2, 15.1.3 - blocks for measuring the correlation functions between the middle and extreme single receiving hydrophones;
13.1.4, 14.1.4, 15.1.4 - блоки измерения функции их взаимной корреляции;13.1.4, 14.1.4, 15.1.4 - blocks for measuring the function of their mutual correlation;
16.1.2 - преобразователь частотно-временного масштаба спектров сигналов в высокочастотную область;16.1.2 - converter of the time-frequency scale of the spectra of signals in the high-frequency region;
16.1.3 - узкополосный анализатор спектров;16.1.3 - narrowband spectrum analyzer;
16.1.4 - регистратор спектров;16.1.4 - spectrum recorder;
17.1 - линия нейросетевого анализа;17.1 - line neural network analysis;
17.1.1 - управляемый коммутатор;17.1.1 - managed switch;
17.1.2 - блок нейросетевого распознавания и классификации;17.1.2 - block neural network recognition and classification;
17.1.3 - блок совокупного анализа;17.1.3 - block aggregate analysis;
18.1 - блок регистрации измеряемых функций;18.1 - block registration of measured functions;
19.1 - блок анализа выделяемой всеми линиями информации;19.1 - analysis unit allocated by all lines of information;
20.1 - передающий радиоблок приемного тракта;20.1 - transmitting radio block of the receiving path;
21 - Единый информационно-аналитический центр (ЕИАЦ) системы мониторинга, распознавания и классификации источников полей различной физической природы;21 - Unified Information and Analytical Center (EIAC) of a system for monitoring, recognition and classification of field sources of various physical nature;
22 - блок итогового анализа ЕИАЦ;22 - block final analysis of the EIAC;
23 - приемный радиблок ЕИАЦ;23 - receiving radio block of the EIAC;
24 - передающий радиблок ЕИАЦ;24 - transmitting radio unit EIAC;
25 - приемный радиоблок излучающего тракта 1;25 - receiving radio block of the radiating
26 - источник гидрофизических волн;26 - source of hydrophysical waves;
27 - волны атмосферных источников;27 - waves of atmospheric sources;
28 - геофизические волны морского дна;28 - geophysical waves of the seabed;
29 - морское дно;29 - the seabed;
30 - морская поверхность;30 - sea surface;
31 - среда многолучевого распространения волн;31 - medium multipath wave propagation;
32 - излучения береговых источников.32 - radiation from coastal sources.
Для реализации основной (масштабируемой) просветной параметрической системы необходим следующий аппаратный комплекс (фиг. 1). Излучающий тракт 1, который представляет собой электронную схему, содержащую последовательно соединенные генератор сигналов стабилизированной частоты 2, усилитель мощности 3 и блок согласования 4 выходов усилителя мощности с излучателями 5.1, 6.1, 7.1 через блок переключения излучающих преобразователей 1.1. Многоканальный приемный тракт 11.1, входы которого соединены кабелями с приемными блоками 8.1, 9.1, 10.1, сформированными из трех акустических преобразователей (гидрофонов) каждый. Приемный тракт 11.1 основной системы представляет собой электронную схему, включающую коммутатор линий анализа 12.1, соединенный с тремя линиями корреляционного 13.1, 14.1, 15.1 и одной линией спектрального анализа 16.1. Линии корреляционного анализа приемного тракта 11.1 включают последовательно соединенные широкополосные усилители сигналов 13.1.1, 14.1.1, 15.1.1, блоки измерения функций корреляции между средним и крайними одиночными приемными гидрофонами 13.1.2, 13.1.3, 14.1.2, 14.1.3, 15.1.2, 15.1.3, блоки измерения функции их взаимной корреляции 13.1.4, 14.1.4, 15.1.4, выходы которых соединены с блоком регистрации измеряемых функций 18.1, далее с входами блока анализа выделяемой всеми линиями информации 19.1 и с радиоблоком передачи измеряемой информации 20.1 в ЕИАЦ 21, включающий блок итогового анализа измеряемой информации 22, соединенный с выходом приемного радиоблока 23 и входом передающего радиоблока 24, выход которого по радиоканалу через приемный радиоблок 25 связан с излучающим трактом 1. Линия спектрального анализа 16.1 включает широкополосный усилитель сигналов 16.1.1, вход которого через коммутатор линий анализа 12.1 соединен с акустическими преобразователями (гидрофонами) приемных блоков 8.1, 9.1, 10.1, а его выходы соединены с преобразователем частотно-временного масштаба спектров сигналов в высокочастотную область 16.1.2, далее с узкополосным анализатором спектров 16.1.3, выход которого функционально связан с регистратором спектров 16.1.4, а также с блоком регистрации измеряемых функций 18.1 и далее с входами блока анализа выделяемой всеми линиями информации 19.1.To implement the main (scalable) luminal parametric system, the following hardware complex is required (Fig. 1). The radiating
Для реализации широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации полей различной физической природы, генерируемых источниками в морской среде, необходим следующий аппаратный комплекс (фиг. 2). Основная (масштабируемая) просветная параметрическая система, описанная выше и представленная на фиг. 1, блок переключения излучающих преобразователей 1.1, дополнительные подсистемы, включающие в себя приемные тракты 11.2-11.n, соединенные кабелем с излучателями 5.2, 6.2, 7.2 … 5.n, 6.n, 7.n и приемными блоками 8.2, 9.2, 10.2 … 8.n, 9.n, 10.n соответственно и блок переключения приемных трактов 1.2. Линии корреляционного анализа и линии спектрального анализа дополнительных приемных трактов 11.2-11.n включают аналогичные блоки и соединения между ними, как и в основной системе.To implement a large-scale radio-acoustic system for monitoring, recognition and classification of fields of various physical nature generated by sources in the marine environment, the following hardware complex is required (Fig. 2). The main (scalable) luminal parametric system described above and shown in FIG. 1, the switching unit of the radiating converters 1.1, additional subsystems including receiving paths 11.2-11.n, connected by a cable to the emitters 5.2, 6.2, 7.2 ... 5.n, 6.n, 7.n and receiving blocks 8.2, 9.2, 10.2 ... 8.n, 9.n, 10.n respectively and the switching unit of the receiving paths 1.2. The lines of correlation analysis and spectral analysis lines of the additional receiving paths 11.2-11.n include similar blocks and the connections between them, as in the main system.
Работа широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации источников формирования полей различной физической природы в морской среде осуществляется следующим образом (фиг. 1). С учетом гидролого-акустической обстановки заданного района излучатели подсветки среды 5.1, 6.1, 7.1, …, 5.n, 6.n, 7.n и приемные блоки 8.1, 9.1, 10.1, …, 8.n, 9.n, 10.n разносят на расстояния, обеспечивающие мониторинг контролируемой акватории, и размещают на оси ПЗК, а также ниже и выше оси ПЗК, что позволяет сформировать в морской среде комплекс пространственно-развитых многолучевых параметрических антенн. Расчет лучевой структуры гидроакустического поля для контролируемой акватории осуществляется по специально разработанным программам (См. Программа расчета и анализа параметров гидроакустического поля «Дальность»: А. с. № 2003611941 РФ / Василенко А.М., Малиновский В.Э., Алюшин Д.А., 2003; Амплитудно-фазовая структура акустического поля в протяженном океаническом волноводе с переменными характеристиками среды «Амплитудно-фазовый фронт»: А. с. №2004611325 РФ / Карачун Л.Э., Мироненко М.В., Василенко A.M., 2004). The work of a large-scale radio-acoustic system for monitoring, recognition and classification of sources of formation of fields of various physical nature in the marine environment is as follows (Fig. 1). Taking into account the hydrological-acoustic situation of a given region, the emitters of the illumination of the medium 5.1, 6.1, 7.1, ..., 5.n, 6.n, 7.n and receiving blocks 8.1, 9.1, 10.1, ..., 8.n, 9.n, 10 .n are distributed over distances ensuring monitoring of the controlled area of water and placed on the S-axis, as well as below and above the S-axis, which allows the formation of a complex of spatially developed multi-beam parametric antennas in the marine environment. The calculation of the radiation structure of the hydroacoustic field for the controlled water area is carried out according to specially developed programs (See. The program for calculating and analyzing the parameters of the hydroacoustic field “Range”: A. p. No. 2003611941 RF / Vasilenko AM, Malinovsky V.E., Alyushin D. A., 2003; Amplitude-phase structure of the acoustic field in an extended oceanic waveguide with variable characteristics of the medium “Amplitude-phase front”: A. p. No. 20044611325 RF / Karachun L.E., Mironenko M.V., Vasilenko AM, 2004 )
Среду озвучивают просветными акустическими сигналами стабилизированной частоты в диапазоне десятки-сотни герц. В приемных трактах 11.1-11.n широкополосные сигналы поступают на линии корреляционного анализа 13.1, 14.1, 15.1, …, 13.n, 14.n, 15.n, которые обеспечивают измерение углов прихода сигналов от источников информационных волн на приемные блоки 8.1, 9.1, 10.1, …, 8.n, 9.n, 10.n в вертикальной плоскости. Для определения области пересечения звуковых лучей в морской среде выполняется расчет обратной лучевой картины в блоках анализа выделяемой всеми линиями информации 19.1-19.n по специально разработанной программе (см. Определение координат источников вторичного гидроакустического поля: А.с. №2015616755 РФ, ТОВВМУ им. С.О. Макарова, 2015 / Долгих В.Н., Василенко А.М., Линник И.А.). The medium is voiced by translucent acoustic signals of a stabilized frequency in the range of tens to hundreds of hertz. In the receiving paths 11.1-11.n, the broadband signals arrive on the correlation analysis lines 13.1, 14.1, 15.1, ..., 13.n, 14.n, 15.n, which measure the angles of arrival of signals from sources of information waves to the receiving blocks 8.1, 9.1, 10.1, ..., 8.n, 9.n, 10.n in the vertical plane. To determine the area of intersection of sound rays in the marine environment, the reciprocal radiation picture is calculated in the analysis blocks of the information allocated by all lines of information 19.1-19.n according to a specially developed program (see Determining the coordinates of the sources of the secondary hydroacoustic field: AS No. 20155616755 RF, TOVVMU named after S.O. Makarova, 2015 / Dolgikh V.N., Vasilenko A.M., Linnik I.A.).
Измерение признаков проявления информационных волн источников проводится параллельно и одновременно, а их распознавание и классификация осуществляется по характерным признакам спектров и их пространственно-временной динамике спектральными линиями 16.1-16.n, линиями нейросетевого анализа 17.1-17.n в автоматическом режиме работы без участия оператора, а также в блоках анализа выделяемой всеми линиями информации 19.1-19.n и в блоке итогового анализа 22 ЕИАЦ 21. В ЕИАЦ 21 производится выработка сигналов (команд) управления работой масштабируемой радиогидроакустической системы в соответствии с изменениями условий и задач мониторинга акваторий, что позволяет в излучающем тракте 1 формировать просветные сигналы с учетом состояния среды распространения волн и многообразием проявлений информационных волн. The signs of the manifestation of information waves of sources are measured simultaneously and simultaneously, and their recognition and classification is carried out by the characteristic features of the spectra and their spatial and temporal dynamics by spectral lines 16.1-16.n, neural network analysis lines 17.1-17.n in automatic mode without operator intervention , as well as in the analysis blocks allocated by all lines of information 19.1-19.n and in the
Широкомасштабная система мониторинга, распознавания и классификации полей различной физической природы, генерируемых источниками в морской среде, реализуется существующими средствами излучения и приема низкочастотных просветных сигналов, в качестве которых могут быть использованы радиогидроакустические средства морского приборостроения, создаваемые в СКБ САМИ ДВО РАН. В качестве низкочастотных излучающих преобразователей могут быть использованы подводные звуковые маяки наведения типа «ПЗМ - 400». Многоэлементные приемные блоки, как направленные корреляционные системы, могут быть сформированы из протяженных многоэлементных дискретных антенн. A large-scale system for monitoring, recognition and classification of fields of various physical nature generated by sources in the marine environment is implemented by existing means of radiation and reception of low-frequency translucent signals, which can be used as radio-acoustic means of marine instrumentation, created in SKB SAMI FEB RAS. As low-frequency radiating converters can be used underwater sound beacons guidance type "PZM - 400". Multi-element receiving units, like directional correlation systems, can be formed from extended multi-element discrete antennas.
Технические решения изобретения подтверждены морскими испытаниями макетов экспериментальной системы на трассах Японского, Охотского и Беринга морей.Technical solutions of the invention are confirmed by sea trials of prototypes of the experimental system on the routes of the Japanese, Okhotsk and Bering Seas.
Заявленное изобретение представляет значительный интерес для решения практических задач морской науки, оборонного и народно-хозяйственного комплексов. The claimed invention is of significant interest for solving the practical problems of marine science, defense and national economic complexes.
Технический результат может быть изложен в следующем виде - разработана широкомасштабная радиогидроакустическая система, обеспечивающая на протяженных акваториях мониторинг, распознавание и классификацию источников формирования полей различной физической природы в морской среде в диапазоне частот сотни-десятки-единицы-доли герц, включая СНЧ колебания движущихся объектов и неоднородностей среды, как целого. Операции распознавания и классификации источников формирования в морской среде информационных полей, выполняются на базе нечеткой логики искусственных нейронных сетей, как в автоматическом режиме, так и с участием оператора.The technical result can be summarized as follows - a large-scale radio-acoustic system has been developed that provides monitoring, recognition and classification of sources of formation of fields of various physical nature in the marine environment over extended water areas in the frequency range of hundreds-tens-units-fractions of hertz, including VLF vibrations of moving objects and heterogeneities of the medium as a whole. Recognition and classification operations of sources of formation of information fields in the marine environment are performed on the basis of fuzzy logic of artificial neural networks, both in automatic mode and with the participation of the operator.
Система промышленно применима, так как для ее создания используются распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной техники.The system is industrially applicable, since it is used for the creation of common components and products of the radio industry and computer technology.
Заявляемая система не оказывает отрицательного воздействия на экологическое состояние морской среды и атмосферы.The inventive system does not adversely affect the ecological state of the marine environment and atmosphere.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119606A RU2659105C1 (en) | 2017-06-05 | 2017-06-05 | Large-scale radiohydroacoustic system of monitoring, recognizing and classifying fields generated by sources in marine environment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119606A RU2659105C1 (en) | 2017-06-05 | 2017-06-05 | Large-scale radiohydroacoustic system of monitoring, recognizing and classifying fields generated by sources in marine environment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659105C1 true RU2659105C1 (en) | 2018-06-28 |
Family
ID=62815264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017119606A RU2659105C1 (en) | 2017-06-05 | 2017-06-05 | Large-scale radiohydroacoustic system of monitoring, recognizing and classifying fields generated by sources in marine environment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659105C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2723914C1 (en) * | 2019-07-18 | 2020-06-18 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Radio-hydroacoustic buoy on microcontrollers with base data of reference signals |
| RU2736887C2 (en) * | 2018-12-26 | 2020-11-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Биостатика" | Method of determining spatial distribution of fish biomass |
| RU2794710C1 (en) * | 2022-10-10 | 2023-04-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного отделения Российской академии наук | Multi-element modular acoustic-hydrophysical measuring system |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08201500A (en) * | 1995-01-31 | 1996-08-09 | Nec Corp | Underwater acoustic signal detector |
| RU2474793C1 (en) * | 2011-06-15 | 2013-02-10 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment |
| RU2593673C2 (en) * | 2015-04-22 | 2016-08-10 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Radio-hydroacoustic system for parametric reception of waves of sources and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment |
| RU2602995C2 (en) * | 2014-12-22 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment |
| RU2602763C2 (en) * | 2014-12-22 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method for parametric reception of waves of different physical nature of sources, processes and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment |
-
2017
- 2017-06-05 RU RU2017119606A patent/RU2659105C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08201500A (en) * | 1995-01-31 | 1996-08-09 | Nec Corp | Underwater acoustic signal detector |
| RU2474793C1 (en) * | 2011-06-15 | 2013-02-10 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment |
| RU2602995C2 (en) * | 2014-12-22 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment |
| RU2602763C2 (en) * | 2014-12-22 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method for parametric reception of waves of different physical nature of sources, processes and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment |
| RU2593673C2 (en) * | 2015-04-22 | 2016-08-10 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Radio-hydroacoustic system for parametric reception of waves of sources and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2736887C2 (en) * | 2018-12-26 | 2020-11-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Биостатика" | Method of determining spatial distribution of fish biomass |
| RU2723914C1 (en) * | 2019-07-18 | 2020-06-18 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Radio-hydroacoustic buoy on microcontrollers with base data of reference signals |
| RU2794710C1 (en) * | 2022-10-10 | 2023-04-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного отделения Российской академии наук | Multi-element modular acoustic-hydrophysical measuring system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2659100C1 (en) | Large-scale radio-hydro acoustic system formation and application method for monitoring, recognizing and classifying the fields generated by the sources in marine environment | |
| RU2474793C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
| RU2593673C2 (en) | Radio-hydroacoustic system for parametric reception of waves of sources and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment | |
| RU2602763C2 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature of sources, processes and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment | |
| RU2550588C1 (en) | Method of formation of parametric antenna in marine conditions | |
| RU2681242C1 (en) | Intellectual system for detection and classification of marine targets | |
| RU2694846C1 (en) | Method for formation of marine monitoring system with programmable neuron network control system | |
| RU2593625C2 (en) | Method of transmitting information waves from sea medium into atmosphere and back | |
| RU2536836C1 (en) | System for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment | |
| RU2659105C1 (en) | Large-scale radiohydroacoustic system of monitoring, recognizing and classifying fields generated by sources in marine environment | |
| RU2017131018A (en) | Global radio-acoustic system for monitoring the fields of the atmosphere, ocean and the earth's crust in the marine environment and recognition of the sources of their formation | |
| RU2538440C2 (en) | Underwater situation presenting system | |
| US11686839B1 (en) | Continuous-wave radar system for detecting ferrous and non-ferrous metals in saltwater environments | |
| RU2452041C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
| RU86321U1 (en) | MULTI-FREQUENCY NAVIGATION SYSTEM | |
| RU2225991C2 (en) | Navigation sonar to illuminate near situation | |
| RU2689281C1 (en) | Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle | |
| RU114170U1 (en) | HYDROACOUSTIC COMPLEX OF MONITORING AND LIGHTING OF UNDERWATER SITUATIONS | |
| RU2723145C1 (en) | Method and device for detecting noisy objects in the sea with onboard antenna | |
| RU2624607C1 (en) | Method of acoustic tomography system fields in the atmosphere, the oceans and crust of different physical nature in the marine environment | |
| RU2424538C1 (en) | Method of searching for mineral deposits using submarine geophysical vessel | |
| CN117849808A (en) | Parametric array side-scan sonar detection system and method | |
| RU2592741C1 (en) | Hydroacoustic station for detection and location of gas leaks | |
| RU2694848C1 (en) | Method of forming a scalable system for detecting and classifying sea targets with artificial intelligence elements | |
| RU2724962C1 (en) | Method of determining coordinates of a marine noisy target |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190606 |