RU2677835C1 - Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов - Google Patents
Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677835C1 RU2677835C1 RU2018106384A RU2018106384A RU2677835C1 RU 2677835 C1 RU2677835 C1 RU 2677835C1 RU 2018106384 A RU2018106384 A RU 2018106384A RU 2018106384 A RU2018106384 A RU 2018106384A RU 2677835 C1 RU2677835 C1 RU 2677835C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- spectrum
- channel
- sonar
- dividing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 230000036039 immunity Effects 0.000 abstract description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 abstract description 2
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
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, а именно к способам обработки гидроакустических сигналов в условиях реального канала распространения, и может применяться в гидроакустических системах связи, управления и позиционирования, где применяются алгоритмы сжатия и восстановления регистрируемых сигналов. Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение помехоустойчивости при решении задачи обнаружения тонального гидроакустического сигнала в условиях многочисленных отражений. Поставленная задача достигается следующим образом. Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов, основанный на способе деления спектра принимаемого сигнала X(ƒ) на спектр эталонного зондирующего импульса Х(ƒ) и определении момента фиксирования отраженного сигнала по максимуму обратного преобразования Фурье над результатом деления спектров, согласно изобретению, с проведением фильтрации принимаемого сигнала на основе импульсной характеристики канала, полученной в результате обработки передаточной характеристики канала, которая определяется при анализе распространения и приема зондирующего пилот-сигнала с бесконечным спектром, а также дополнением метода деления спектров, заключающегося в делении спектра принятого сигнала на спектр сигнала-эталона, алгоритмом расчета порога обнаружения гидроакустического сигнала Н=-ln[1-(1-q)] на основе статистических критериев обнаружения сигнала в шумах, и проведением последующей корректировки спектрально-корреляционным анализом, рассматривая регистрируемый сигнал как временной ряд, на основе расчета коэффициентов Фурьеии корреляционной функции на их основе R=А+В, при использовании правила максимума корреляции: если R>R, то R>Rв данном окне корректировки величиной [-π;π], и расчете корректирующей фазы относительно нуля в момент обнаружения, при величине значения поправочной фазы, определяемой из соотношения, определяется истинный момент фиксирования отраженной составляющей в канале.
Description
Изобретение относится к области гидроакустики, а именно - к способам обработки гидроакустических сигналов в условиях реального канала распространения и может применяться в гидроакустических системах связи, управления и позиционирования. Способ обработки может быть использован для обнаружения гидроакустического тонального сигнала в условиях многократных отражений и помех.
Известен способ обнаружения сигнала, включающий операции взаимокорреляционного сравнения принятой реализации с квадратурными составляющими сигналов, возведения в квадрат корреляционных откликов результатов сравнения принятой реализации и квадратурных составляющих и суммирования результатов возведения в квадрат, (Патент РФ 2032917 «Способ обнаружения сигналов», Сапрыкин В.А., Бутырский Е.Ю., Беленков В.Н., Алексеев М.В, 1995.).
Недостатком данного способа являются невысокие параметры помехоустойчивости предложенного алгоритма и вероятности корректного обнаружения, незначительно отличающиеся от характеристик классической квадратурной обработки.
Известен способ поиска сигнала известной формы, а точнее, имеющего вид затухающего синусоидального сигнала, основанный на делении спектра разрешаемого сигнала на спектр эталонного сигнала, («Методы измерения параметров излучающих систем в ближней зоне», Л.Д. Бахрах. С.Д. Кременецкий, А.И. Курочкин и др, 1985; «Basic Theory of Probe-Compensated Near-Field Measurements)), Demetrius T. Paris, Edward B. Joy, W. Marshall Leach, JR, 1978):
где Xt(ƒ) - спектр принимаемого сигнала;
E(ƒ) - спектр помехи;
Х0(ƒ) - спектр эталонного сигнала;
kg - коэффициент амплитуды отраженной волны;
τn - задержка n-ой отраженной волны;
kn - коэффициент амплитуды n-ой отраженной волны;
ƒ - частота сигнала;
N - количество отраженных волн.
За эталонный сигнал применяется излученный зондирующий импульс, огибающая которого принимает форму функции Гаусса. Затем используется обратное преобразование Фурье над результатом деления спектров. Результат деления спектров представляется в виде дельта-функций, пики которых во временной области отражают моменты начала фиксирования в гидроакустическом сигнале отраженных импульсов. Данный способ наиболее близок к заявленному и далее именуется, как способ-прототип.
Недостатком способа-прототипа является низкая помехоустойчивость (34 дБ), а также чувствительность к величине ошибки регистрации начальной фазы тонального сигнала на АЦП приемника аппаратуры.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение помехоустойчивости при решении задачи обнаружения тонального гидроакустического сигнала в условиях многочисленных отражений.
Поставленная задача достигается следующим образом.
Предлагается способ разрешения тональных гидроакустических сигналов, основанный на способе деления спектра принимаемого сигнала Xt(ƒ) на спектр эталонного зондирующего импульса X0(ƒ) и определении момента фиксирования отраженного сигнала по максимуму обратного преобразования Фурье над результатом деления спектров, согласно изобретения, с проведением фильтрации принимаемого сигнала на основе импульсной характеристики канала, полученной в результате обработки передаточной характеристики канала, которая определяется при анализе распространения и приема зондирующего пилот-сигнала с бесконечным спектром, а также дополнением метода деления спектров, заключающегося в делении спектра принятого сигнала на спектр сигнала-эталона, алгоритмом расчета порога обнаружения гидроакустического сигнала Н=-ln[1-(1-q)2/(N-2)] на основе статистических критериев обнаружения сигнала в шумах, и проведением последующей корректировки спектрально-корреляционным анализом, рассматривая регистрируемый сигнал как временной ряд, на основе расчета коэффициентов Фурье и и корреляционной функции на их основе Rk=Аk 2+Вk 2, при использовании правила максимума корреляции: если Rk>Rmax, то Rmax>Rk в данном окне корректировки величиной [-π;π], и расчете корректирующей фазы относительно нуля в момент обнаружения , при величине значения поправочной фазы , определяемой из соотношения , определяется истинный момент фиксирования отраженной составляющей в канале.
Эквивалентное представление сигнала, получаемого путем прохождения отраженных копий зондирующего тонального импульса различных путей на разное время, в частотной области описывается следующим выражением:
где Xt(ƒ), Xg(ƒ), E(ƒ) - спектры сигналов St(t), Sg(t), e(t) соответственно. Принимая, что спектр искомого гидроакустического сигнала обозначается как X0(ƒ), выражение спектра сигнала может быть определено как:
Xg(ƒ)=kgХ0(ƒ),
где kg - амплитуда поверхностной составляющей. При делении поэлементно всех слагаемых формулы, описывающей эквивалентное представление сигнала на спектр эталонного сигнала, обнаружение отраженных составляющих сводится к определению пиков дельта-функции, как в способе-прототипе. Факт наличия или отсутствия сигнала в момент появления дельта-функции определяется величиной порога обнаружения сигнала, рассчитываемой исходя из статистических критериев обнаружения сигнала в шумах.
Отличительными признаками заявляемого способа являются: 1) предварительная фильтрация принятого отраженного гидроакустического сигнала; 2) использование статистических критериев обнаружения сигнала в шумах, рассматривая результат деления спектров как временной ряд; 3) уточнение момента обнаружения каждой из отраженных составляющих методом спектрально-корреляционного анализа.
Обзор известных изобретений показал, что заявленный способ обладает новым свойством, позволяющим минимизировать значение вероятности ложной тревоги, эффективно бороться с импульсной помехой и тем самым увеличить помехоустойчивость обработки гидроакустических сигналов, за счет выполнения операций в предложенной последовательности, а также эффективно разрешать отраженные составляющие.
Пример реализации способа.
Пусть есть гидролокатор бокового обзора с излучателем тональных сигналов со средней частотой сигнала ƒS=260416,66 Гц, длительность сигнала τ=0.0000768 мс. На входе приемного устройства пороговый детектор, работающий на частоте ƒд=1041666,66 Гц (частота АЦП в 4 раза выше частоты излученного сигнала), который осуществляет прием сигнала. Длительность периода зондирующего импульса d=76.8 мкс, количество периодов внутри импульса - 20. Сигнал, представляющий собой смесь полезного сигнала и шумовой составляющей, с выхода детектора фильтруется с помощью импульсной характеристики канала, которая определяется при зондировании пилот-сигналом бесконечного спектра (например, шумоподобным сигналом). В результате деления спектра принятой последовательности на спектр идеального шумоподобного сигнала находится передаточная функция, а с помощью обратного преобразования Фурье - импульсная характеристика канала, по полученным данным настраивается фильтр перед гидроакустической съемкой. Постобработка принимаемых акустических данных заключается в делении спектра принятого тонального сигнала, сформированного из множества отраженных эхо-импульсов, на спектр идеального эхо-импульса и определении моментов фиксирования каждой составляющей. После операции обнаружения с необходимым порогом все определенные моменты корректируются с применением спектрально-корреляционного анализа, в результате чего ошибка обнаружения уменьшается корректировкой рассчитанного смещения фазы сигнала относительно нуля.
Таким образом, достигается повышение помехоустойчивости при решении задачи обнаружения тонального гидроакустического сигнала в условиях многочисленных отражений.
Claims (1)
- Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов, основанный на способе деления спектра принимаемого сигнала на спектр эталонного зондирующего импульса и определении момента фиксирования отраженного сигнала по максимуму обратного преобразования Фурье над результатом деления спектров, отличающийся тем, что перед разрешением отраженных составляющих в сигнале происходит фильтрация принимаемого сигнала на основе импульсной характеристики канала, полученной в результате обработки передаточной характеристики канала, которая определяется при анализе распространения и приема зондирующего пилот-сигнала с бесконечным спектром, а также дополнением метода деления спектров, заключающегося в делении спектра принятого сигнала на спектр сигнала-эталона, алгоритмом расчета порога обнаружения гидроакустического сигнала Н=-ln[1-(1-q)2/(N-2)] на основе статистических критериев обнаружения сигнала в шумах, и проведением последующей корректировки спектрально-корреляционным анализом, рассматривая регистрируемый сигнал как временной ряд, на основе расчета коэффициентов Фурье и и корреляционной функции на их основе , при использовании правила максимума корреляции: если Rk>Rmax, то Rmax>Rk в данном окне корректировки величиной [-π:π], и расчете корректирующей фазы относительно нуля в момент обнаружения , при величине значения поправочной фазы , определяемой из соотношения , определяется истинный момент фиксирования отраженной составляющей в канале.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018106384A RU2677835C1 (ru) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018106384A RU2677835C1 (ru) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2677835C1 true RU2677835C1 (ru) | 2019-01-21 |
Family
ID=65085083
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018106384A RU2677835C1 (ru) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2677835C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2736097C1 (ru) * | 2019-12-30 | 2020-11-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Способ обнаружения локального объекта на фоне распределенной помехи |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2282209C1 (ru) * | 2004-12-07 | 2006-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова | Способ и устройство обнаружения сложных широкополосных частотно-модулированных сигналов с фильтрацией в масштабно-временной области |
RU2439601C1 (ru) * | 2010-08-10 | 2012-01-10 | Владимир Владимирович Малый | Устройство обнаружения сложных широкополосных частотно-модулированных сигналов с фильтрацией в масштабно-временной области на основе дискретного вейвлет-преобразования |
-
2018
- 2018-02-20 RU RU2018106384A patent/RU2677835C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2282209C1 (ru) * | 2004-12-07 | 2006-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова | Способ и устройство обнаружения сложных широкополосных частотно-модулированных сигналов с фильтрацией в масштабно-временной области |
RU2439601C1 (ru) * | 2010-08-10 | 2012-01-10 | Владимир Владимирович Малый | Устройство обнаружения сложных широкополосных частотно-модулированных сигналов с фильтрацией в масштабно-временной области на основе дискретного вейвлет-преобразования |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Martin A. Mazur. SONAR IMPLEMENTATION CONCEPTS. http://www.personal.psu.edu/faculty/m/x/mxm14/sonar/Mazur-sonar_implementation.pdf" согласно сведениям из YFFHFUK интернет-архива https://archive.org/ упомянутые данные находились в электронной среде 29.08.2017. * |
Сахаров Ю.С и др. МЕТОДИКИ ВЫДЕЛЕНИЯ И АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК НОРМАЛЬНЫХ ВОЛН (МОД) В ГИДРОАКУСТИЧЕСКОМ ВОЛНОВОДЕ МЕЛКОГО МОРЯ. Вестник Воронежского государственного технического университета. номер 11, том 6, 2010 год, стр. 95-97. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2736097C1 (ru) * | 2019-12-30 | 2020-11-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Способ обнаружения локального объекта на фоне распределенной помехи |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2771710B1 (en) | Wideband sonar receiver and sonar signal processing algorithms | |
CN106607324B (zh) | 用于双模系统响应的超声波换能器系统和方法 | |
US6058075A (en) | System for canceling interferers from broadband active sonar signals using adaptive beamforming methods | |
RU2677835C1 (ru) | Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов | |
US20060235635A1 (en) | Apparatus and method for performing the delay estimation of signals propagating through an environment | |
US7289388B2 (en) | Estimation of background noise and its effect on sonar range estimation | |
US7239580B2 (en) | Noise adaptive sonar signal processor | |
KR101534027B1 (ko) | 표적 속도를 알지 못하는 환경에서 정밀한 표적 탐지를 수행하기 위한 소나 시스템 및 그의 표적 탐지방법 | |
RU2568070C1 (ru) | Способ измерения комплексной частотной зависимости передаточного импеданса пары излучатель-приемник в свободном поле | |
RU2296345C2 (ru) | Способ разрешения целей по дальности радиолокационной станцией и импульсная радиолокационная станция со сжатием импульсов и восстановлением сигналов | |
CN110208778B (zh) | 一种基于对数可变窗函数的换能器宽带复数响应测量装置与方法 | |
KR101524550B1 (ko) | 표적 속도에 따른 도플러 효과를 보상하는 고속 lfm 표적 검출 방법 및 장치 | |
Byrley et al. | A receiver for frequency hopping logarithmic frequency domain ruler codes | |
US7164622B2 (en) | Acoustic propagation delay measurements using transmission of known broad bandwidth waveforms | |
Saulig et al. | Nonstationary signals information content estimation based on the local Rényi entropy in the time-frequency domain | |
RU2809744C1 (ru) | Способ частотно-временной обработки сигналов | |
RU2789812C1 (ru) | Эхолот | |
RU2809016C1 (ru) | Способ адаптивного обнаружения морского шумящего объекта | |
RU2824754C1 (ru) | Способ частотно-временной обработки сигналов от нескольких движущихся объектов | |
RU2792196C1 (ru) | Способ измерения угловых координат движущихся объектов доплеровской станцией | |
US6711094B1 (en) | Method and apparatus for active sonar detection enhancement | |
Zverev et al. | Potentialities of cepstral analysis in refining the reciprocal delays and amplitudes of signals | |
Dudáček | Měření zpoždění signálů s použitím neekvidistantního vzorkování | |
Dudáček | Short time delay measurement: technical report no. DCSE/TR-2015-03 | |
CN117452418A (zh) | 一种侧扫声呐成像方法及装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200221 |