RU2702917C1 - Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea - Google Patents

Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea Download PDF

Info

Publication number
RU2702917C1
RU2702917C1 RU2019106860A RU2019106860A RU2702917C1 RU 2702917 C1 RU2702917 C1 RU 2702917C1 RU 2019106860 A RU2019106860 A RU 2019106860A RU 2019106860 A RU2019106860 A RU 2019106860A RU 2702917 C1 RU2702917 C1 RU 2702917C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vector
components
calculated
interference
sound pressure
Prior art date
Application number
RU2019106860A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Анатольевич Касаткин
Сергей Борисович Касаткин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority to RU2019106860A priority Critical patent/RU2702917C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2702917C1 publication Critical patent/RU2702917C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/04—Systems determining presence of a target

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: hydro acoustics.
SUBSTANCE: invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in noise control systems. Detection method includes receiving noise signal with combined receiver comprising a sound pressure receiver and a three-component receiver of the vibrational speed vector, frequency-time processing of the received signal, calculating in each frequency channel generated as a result of frequency-time processing of received noise signals, a required set of information parameters for the overall signal plus interference process and for interference separately, rationing of all 64-information parameters, calculated for total signal plus interference process, to corresponding values of information parameters calculated for interference, calculating maximum signal-to-noise ratio for one of 64 information parameters and making a decision on detection by comparing the signal / noise ratio maximum signal / interference ratio, calculated in one of 64 information parameters.
EFFECT: increasing noise immunity and range of the receiving system at low frequencies in shallow and deep sea conditions by using a receiver system based on a combined receiver, in which is formed 10 spatial channels for complex intensity vector, 5 spatial channels for intensity vector rotor, 3 spatial channels for the sound pressure gradient vector and one spatial channel for sound pressure, in which a set of their 64 information parameters is generated using primary and secondary spectral analysis methods.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в системах шумопеленгования.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in noise direction finding systems.

Известен способ обнаружения шумящих в море объектов в фиксированном частотном диапазоне (патент РФ №2298203, МПК G01S 3/80, G01S 15/04, опубликован 27.04.2007 г.), включающий прием шумового сигнала звукового давления в горизонтальной плоскости, при котором осуществляют частотно-временную обработку принятых шумовых сигналов звукового давления для каждого пространственного канала наблюдения в горизонтальной плоскости, квадрируют, усредняют по времени, центрируют и нормируют шумовые сигналы звукового давления к помехе, осуществляют накопление на последовательных циклах обзора принятых нормированных шумовых сигналов звукового давления и принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал-помеха, при этом осуществляют прием шумового сигнала звукового давления статическим вертикальным веером одновременно в нескольких направлениях вертикальной плоскости каждого пространственного канала наблюдения в составе статического веера в горизонтальной плоскости, оптимизируют прием каждым горизонтальным пространственным каналом путем выбора наиболее вероятных углов приема в вертикальной плоскости для существующих гидроакустических условий подводного наблюдения. Для этого измеряют волнение поверхности моря, измеряют скорость звука в воде в зависимости от глубины, рассчитывают в каждом вертикальном пространственном канале уровень шумового сигнала на различных расстояниях и глубинах от точки приема по измеренным данным и по известным характеристикам дна, решая уравнение гидроакустики в пассивном режиме для шумящего объекта с заданным уровнем шумоизлучения с учетом характеристик приемной системы, рассчитывают уровень шумов моря в каждом вертикальном пространственном канале с учетом характеристик приемной системы по измеренным данным и известным характеристикам дна. Затем нормируют относительно расчетных шумов моря в вертикальных пространственных каналах расчетные уровни шумовых сигналов в каждом пространственном канале, полученные для заданных расстояний до шумящего объекта и глубин, рассчитывают для каждого расстояния и глубины шумящего объекта в вертикальных пространственных каналах отношение сигнал-помеха. После чего осуществляют обработку принимаемых шумовых сигналов звукового давления с весами, пропорциональными расчетному отношению сигнал-помеха в вертикальных пространственных каналах, перед накоплением на последовательных циклах обзора, и суммируют с расчетными весами принятые нормированные к помехе шумовые сигналы звукового давления вертикальных пространственных каналов. Для реализации данного способа введены новые операции, а именно:There is a method of detecting objects that are noisy at sea in a fixed frequency range (RF patent No. 2298203, IPC G01S 3/80, G01S 15/04, published April 27, 2007), which includes receiving a noise signal of sound pressure in the horizontal plane, at which frequency -temporal processing of received noise signals of sound pressure for each spatial observation channel in the horizontal plane, they are squared, averaged over time, center and normalized noise signals of sound pressure to interference, accumulate on the last In the current review cycles, the normalized noise signals of sound pressure are accepted and the decision is made to detect the signal-to-noise ratio by comparison with the threshold value, while the sound pressure signal is received by a static vertical fan simultaneously in several directions of the vertical plane of each spatial observation channel as part of a static fan in horizontal plane, optimize reception by each horizontal spatial channel by choosing the most pryatnyh reception angles in the vertical plane for the existing sonar conditions underwater observation. To do this, the sea surface waves are measured, the speed of sound in water is measured depending on the depth, the level of the noise signal is calculated in each vertical spatial channel at various distances and depths from the receiving point using the measured data and the known bottom characteristics, solving the hydroacoustic equation in the passive mode for a noisy object with a given level of noise emission, taking into account the characteristics of the receiving system, calculate the noise level of the sea in each vertical spatial channel, taking into account the characteristics Teak receiving system from the measured data and the known characteristics of the floor. Then, the calculated levels of noise signals in each spatial channel obtained for given distances to the noisy object and depths are normalized with respect to the calculated noise of the sea in vertical spatial channels, and the signal-to-noise ratio is calculated for each distance and depth of the noisy object in vertical spatial channels. Then they process the received noise signals of sound pressure with weights proportional to the calculated signal-to-noise ratio in vertical spatial channels before accumulating them in successive review cycles, and the noise-normalized noise signals of sound pressure of vertical spatial channels are added to the calculated weights. To implement this method, new operations are introduced, namely:

- прием шумовых сигналов звукового давления статическим вертикальным веером одновременно в нескольких направлениях вертикальной плоскости каждого пространственного канала наблюдения в составе веера горизонтальной плоскости, -оптимизация приема для каждого горизонтального пространственного канала в наклоненных по вертикали веерах путем выбора наиболее вероятных углов приема в существующих гидроакустических условиях наблюдения, для чего осуществляют:- reception of noise signals of sound pressure by a static vertical fan simultaneously in several directions of the vertical plane of each spatial observation channel as part of a horizontal fan, -optimization of reception for each horizontal spatial channel in vertically inclined fans by selecting the most probable reception angles under existing hydroacoustic observation conditions, why carry out:

- измерение скорости звука в воде в зависимости от глубины,- measurement of the speed of sound in water depending on depth,

- измерение волнения поверхности моря,- measurement of sea surface waves,

- вычисление в каждом вертикально наклоненном пространственном канале уровня шумового сигнала звукового давления на различных расстояниях и глубинах от точки приема по измеренным данным и по известным характеристикам дна, -вычисление уровня звукового давления для шумов моря в каждом вертикальном пространственном канале с учетом характеристик приемной системы по измеренным данным и по известным характеристикам дна,- calculating in each vertically inclined spatial channel the level of the noise signal of sound pressure at various distances and depths from the receiving point according to the measured data and the known characteristics of the bottom; - calculating the sound pressure level for sea noise in each vertical spatial channel taking into account the characteristics of the receiving system according to the measured data and known bottom characteristics,

- нормирование относительно расчетных шумов моря соответствующих вертикальных пространственных каналов расчетных уровней шумовых сигналов звукового давления в каждом пространственном канале, полученных для заданных расстояний до шумящего объекта и глубин, вычисление для каждого расстояния и глубины шумящего объекта в вертикальных пространственных каналах отношения сигнал-помеха,- normalization relative to the design noise of the sea of the corresponding vertical spatial channels of the calculated levels of noise signals of sound pressure in each spatial channel obtained for given distances to the noisy object and depths, calculation for each distance and depth of the noisy object in the vertical spatial channels of the signal-to-noise ratio,

- обработку принимаемых шумовых сигналов звукового давления с весами, пропорциональными расчетному отношению сигнал-помеха в вертикальных каналах, до межциклового накопления,- processing the received noise signals of sound pressure with weights proportional to the calculated signal-to-noise ratio in the vertical channels, to inter-cycle accumulation,

- суммирование с расчетными весами принятых нормированных к помехе шумовых сигналов звукового давления вертикальных пространственных каналов,- summation with the estimated weights of the normalized interference noise noise signals of the sound pressure of the vertical spatial channels,

- регистрация картины совокупности принимаемых сигналов на выходе приемной системы для которых выполнены указанные выше процедуры.- registration of the picture of the set of received signals at the output of the receiving system for which the above procedures are performed.

Недостатком данного способа является малая помехоустойчивость и малая дальность действия приемной системы при работе на низких частотах, когда размер приемной системы соизмерим с длиной волны. В этом случае алгоритмы формирования пространственной направленности становятся неэффективными из-за дисперсионных искажений сигналов.The disadvantage of this method is the low noise immunity and the short range of the receiving system when operating at low frequencies, when the size of the receiving system is commensurate with the wavelength. In this case, spatial directional formation algorithms become ineffective due to dispersion distortions of the signals.

Известен способ обнаружения шумящих в море объектов в фиксированном частотном диапазоне (патент РФ №2653189, МПК G01S 3/80, G01S 15/04, опубликован 07.05.2018 г.), включающий прием шумового сигнала комбинированным приемником, содержащим приемник звукового давления и трехкомпонентный приемник вектора колебательной скорости, в котором формируют методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов в заданном фиксированном частотном диапазоне в гидрофоном канале и в векторных каналах комбинированного приемника, вычисляют в каждом частотном канале комплексные амплитуды звукового давления, трех компонент вектора колебательной скорости, трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности и трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, для суммарного процесса сигнал плюс помеха (S+N), усредняют за заранее определенный временной интервал T1, значения трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса (S+N), выделяют из текущих значений суммарного случайного процесса сигнал плюс помеха текущие значения помехи N, вычисляют в каждом частотном канале текущие значения комплексных амплитуд звукового давления, трех компонент вектора колебательной скорости, текущие значения амплитуд трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности для помехи N, усредняют за заранее определенный временной интервал T1, значения трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи N, вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал Т2=10 T1 текущие значения комплексных амплитуд нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса (S+N), вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал Т2=10 T1 текущие значения комплексных амплитуд нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи N, нормируют квадрат звукового давления и компоненты комплексного вектора интенсивности, усредненные за время Т1, вычисленные для суммарного процесса сигнал плюс помеха, на соответствующие значения квадрата звукового давления и компоненты комплексного вектора интенсивности, усредненные за время Т1, вычисленные для помехи N, нормируют вычисленные за время Т2=10 T1 текущие значения комплексных амплитуд нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса (S+N) на соответствующие текущие значения комплексных амплитуд нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи N, вычисляют максимальное отношение сигнал/помеха из набора 21 информативных параметров, 7 информативных параметров для усредненных за время T1 нормированных на помеху значений комплексного вектора интенсивности и квадрата звукового давления и 14 информативных параметров для усредненных за время Т2=10 T1 нормированных на помеху значений комплексных амплитуд нулевой и первой гармоник вторичного спектра для комплексного вектора интенсивности и квадрата звукового давления, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в гидрофоном канале и в каналах вектора колебательной скорости гауссову статистику, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в каналах вектора интенсивности лапласову статистику, вычисляют на основе принятых статистик аналитическую зависимость вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги от порогового отношения сигнал-помеха по методу максимального правдоподобия и принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора 21 информативных параметров.A known method of detecting objects that are noisy at sea in a fixed frequency range (RF patent No. 2653189, IPC G01S 3/80, G01S 15/04, published 05/07/2018), comprising receiving a noise signal with a combined receiver containing a sound pressure receiver and a three-component receiver the vibrational velocity vector, in which a set of frequency channels in a given fixed frequency range in the hydrophone channel and in the vector channels of the combined receiver is formed by frequency-time signal processing methods, is calculated in each frequency In the channel, the complex amplitudes of sound pressure, the three components of the vector of vibrational velocity, the three components of the real component of the intensity vector and the three components of the imaginary component of the intensity vector in the local coordinate system associated with the combined receiver, average the signal plus noise (S + N) for the total process a predetermined time interval T 1, the values of the real component of the three components of the intensity vector, the three components of the imaginary component of the vector of intensity and q sound pressure sum for the total process (S + N), the signal plus interference is extracted from the current values of the total random process, the current noise values N are calculated, in each frequency channel the current values of the complex amplitudes of the sound pressure, the three components of the vibrational velocity vector, the current values of the amplitudes of the three components the real component of the intensity vector, the three components of the imaginary component of the interference intensity vector for N, averaged over a predetermined time interval T 1, the values of three com onent real vector component intensity, the three components of the imaginary component of the vector of intensity and the square of the sound pressure for noise N, is calculated in each frequency channel during a predetermined time interval T 2 = 10 T 1, the current values of the complex amplitudes of the zeroth and first harmonics secondary spectrum for three component real component of the intensity vector, the three components of the imaginary component of the intensity vector and the square of sound pressure for the total process (S + N), are calculated at each frequency channel for a predetermined time interval T 2 = 10 T 1 the current values of the complex amplitudes of the zero and first harmonics of the secondary spectrum for the three components of the material component of the intensity vector, the three components of the imaginary component of the intensity vector and the square of sound pressure for interference N, normalize the square of sound pressure and components of the complex intensity vector averaged over time T 1 calculated for the total signal plus noise process by the corresponding values of the squared sound pressure I and the components of the complex intensity vector averaged over time T 1 calculated for interference N normalize the current values of the complex amplitudes of the zero and first harmonics of the secondary spectrum calculated for time T 2 = 10 T 1 for the three components of the real component of the intensity vector, the three components of the imaginary component intensity vector and sound pressure squared for the total process (S + N) by the corresponding current values of the complex amplitudes of the zero and first harmonics of the secondary spectrum for the three components of the substance component of the intensity vector, the three components of the imaginary component of the intensity vector and the squared sound pressure for interference N, calculate the maximum signal-to-noise ratio from a set of 21 informative parameters, 7 informative parameters for the averaged over time T 1 values of the complex intensity vector and sound squared pressure and 14 informative parameters for the average values of the complex amplitudes of the zero and first harmonics of the secondary specimen averaged over the time T 2 = 10 T 1 for the complex intensity vector and sound pressure squared, take Gaussian statistics as model statistics of the noise field in the hydrophone channel and vibrational vector channels, take the Laplace statistics as model statistics of the noise field in the intensity vector channels, and calculate the analytical dependence based on the received statistics the probability of correct detection at a given probability of false alarm from a threshold signal-to-noise ratio using the maximum likelihood method beats and decide to detect by comparing with the threshold value of the signal-to-noise ratio the maximum signal-to-noise ratio calculated from a set of 21 informative parameters.

Данный способ является наиболее близким к заявленному изобретению и принят за прототип. Недостатком данного способа является малая помехоустойчивость и дальность действия на низких частотах, т.к. он не учитывает вихревую составляющую вектора интенсивности, роль которой возрастает с понижением частоты, а также недостаточная направленность приемной системы в векторных каналах.This method is the closest to the claimed invention and adopted as a prototype. The disadvantage of this method is the low noise immunity and range at low frequencies, because it does not take into account the vortex component of the intensity vector, the role of which increases with decreasing frequency, as well as the insufficient directivity of the receiving system in vector channels.

Задачей заявляемого способа является повышение помехоустойчивости и дальности действия приемной системы на низких частотах в условиях мелкого и глубокого моря путем формирования пространственных каналов комбинированного приемника с одностороннее направленностью, направленность которых не зависит от частоты, и увеличения на его выходе множества информативных параметров во всех сформированных пространственных каналах.The objective of the proposed method is to increase the noise immunity and range of the receiving system at low frequencies in shallow and deep seas by forming the spatial channels of the combined receiver with one-sided directivity, the directivity of which does not depend on the frequency, and increasing at its output many informative parameters in all the generated spatial channels .

Для решения поставленной задачи в способе обнаружения шумящих объектов в мелком и глубоком море в фиксированном частотном диапазоне, включающем прием шумового сигнала комбинированным приемником, содержащим приемник звукового давления и приемник вектора колебательной скорости, и последующую обработку шумового сигнала, в процессе которойTo solve the problem in a method for detecting noisy objects in a shallow and deep sea in a fixed frequency range, including receiving a noise signal with a combined receiver containing a sound pressure receiver and a vibration velocity vector receiver, and subsequent processing of the noise signal, during which

формируют методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов в заданном фиксированном частотном диапазоне в канале звукового давления и в векторных каналах комбинированного приемника, вычисляют в каждом частотном канале комплексные амплитуды звукового давления, трех компонент вектора колебательной скорости, трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности и трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, для суммарного процесса (S+N), усредняют за заранее определенный временной интервал T1, значения трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса (S+N),form a set of frequency channels in the given fixed frequency range in the sound pressure channel and in the vector channels of the combined receiver using frequency-time signal processing methods; complex amplitudes of sound pressure, three components of the vibrational velocity vector, three components of the material component of the intensity vector, and three are calculated in each frequency channel component of the imaginary component of the intensity vector in the local coordinate system associated with the combined receiver for the total th process (S + N), are averaged over a predetermined time interval T 1, the values of the real component of the three components of the intensity vector, the three components of the imaginary vector component and the square of the intensity of sound pressure of the overall process (S + N),

выделяют из текущих значений суммарного случайного процесса (S+N), текущие значения помехи N, вычисляют в каждом частотном канале текущие значения комплексных амплитуд звукового давления, трех компонент вектора колебательной скорости, текущие значения амплитуд трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности для помехи N, усредняют за заранее определенный временной интервал Т1, значения трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи N, вводят новые операции, а именно:extract from the current values of the total random process (S + N), the current values of the interference N, calculate in each frequency channel the current values of the complex amplitudes of sound pressure, the three components of the vibrational velocity vector, the current amplitudes of the three components of the real component of the intensity vector, the three components of the imaginary component interference intensity vector for N, averaged over a predetermined time interval T 1, the values of the real component of the three components of the intensity vector, three cOMPONENT nt imaginary vector component and the square of the intensity of the sound pressure for noise N, new operations introduced, namely:

формируют с использованием смешанных аддитивно-мультипликативных алгоритмов обработки 8 пространственных каналов в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 2 пространственных канала в вертикальной плоскости для вертикальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 4 пространственных канала в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты ротора вектора интенсивности, 1 пространственный канал в вертикальной плоскости для вертикальной компоненты ротора вектора интенсивности,form using mixed additive-multiplicative processing algorithms 8 spatial channels in the horizontal plane for the horizontal component of the complex intensity vector, 2 spatial channels in the vertical plane for the vertical component of the complex intensity vector, 4 spatial channels in the horizontal plane for the horizontal component of the rotor of the intensity vector, 1 spatial channel in the vertical plane for the vertical component of the rotor of the vector nsivnosti

вычисляют и усредняют за время T1 в каждом частотном канале квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для суммарного процесса (S+N),calculate and average over time T 1 in each frequency channel the square of sound pressure, the squares of 3 real components of the pressure gradient vector and the squares of 3 imaginary components of the pressure gradient vector in the local coordinate system associated with the combined receiver, the complex amplitudes of 10 components of the intensity vector in 10 generated spatial channels, 5 material amplitudes 5 components of the intensity vector rotor in 5 generated spatial channels for the total process (S + N),

вычисляют и усредняют за время T1 в каждом частотном канале набор из 32 информативных параметров, включающий квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для помехи N,a set of 32 informative parameters is calculated and averaged over time T 1 in each frequency channel, including the square of sound pressure, the squares of 3 real components of the pressure gradient vector and the squares of 3 imaginary components of the pressure gradient vector in the local coordinate system associated with the combined receiver, complex amplitudes 10 components of the intensity vector in 10 generated spatial channels, 5 real amplitudes 5 components of the rotor of the intensity vector in 5 generated spatial channels for interference N,

нормируют 32 информативных параметра, усредненные за время Т1, вычисленные для суммарного процесса (S+N), на соответствующие значения 32 информативных параметра, усредненных за время Т1, вычисленные для помехи N,32 informative parameters averaged over time T 1 calculated for the total process (S + N) are normalized to the corresponding values of 32 informative parameters averaged over time T 1 calculated for interference N,

вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал Т2=10 T1 вторичные спектры 32 информативных параметров в заранее определенном частотном диапазоне (0, Ω1) для суммарного процесса (S+N),calculate in each frequency channel for a predetermined time interval T 2 = 10 T 1 the secondary spectra of 32 informative parameters in a predetermined frequency range (0, Ω 1 ) for the total process (S + N),

вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал Т2=10 T1 вторичные спектры 32 информативных параметров в заранее определенном частотном диапазоне (0, Ω1) для помехи N,calculate in each frequency channel for a predetermined time interval T 2 = 10 T 1 the secondary spectra of 32 informative parameters in a predetermined frequency range (0, Ω 1 ) for interference N,

нормируют в каждом частотном канале вторичный спектр для каждого из 32 информативных параметров, вычисленный для суммарного процесса (S+N), на вторичный спектр, вычисленный для помехи N,in each frequency channel, the secondary spectrum for each of 32 informative parameters calculated for the total process (S + N) is normalized to the secondary spectrum calculated for interference N,

вычисляют в каждом частотном канале для каждого из 32 информативных параметров максимальное отношение сигнал-помеха

Figure 00000001
вторичного спектра в частотном диапазоне (0, Ω1),in each frequency channel, for each of 32 informative parameters, the maximum signal-to-noise ratio is calculated
Figure 00000001
secondary spectrum in the frequency range (0, Ω 1 ),

вычисляют в каждом частотном канале максимальное отношение сигнал/помеха

Figure 00000002
, из суммарного набора 64 отношений сигнал-помеха, вычисленных для 32 информативных параметров (S/N)T1, усредненных за время T1, и для 32 значений максимального отношения
Figure 00000003
вторичного спектра в частотном диапазоне (0, Ω1),calculate in each frequency channel the maximum signal to noise ratio
Figure 00000002
, from a total set of 64 signal-to-noise ratios calculated for 32 informative parameters (S / N) T1 , averaged over time T 1 , and for 32 values of the maximum ratio
Figure 00000003
secondary spectrum in the frequency range (0, Ω 1 ),

принимают в качестве модельной статистики поля помехи в канале звукового давления и в каналах вектора колебательной скорости гауссову статистику,accept as model statistics the interference fields in the sound pressure channel and in the channels of the vibrational velocity vector, Gaussian statistics,

принимают в качестве модельной статистики поля помехи в каналах вектора интенсивности и ротора вектора интенсивности лапласову статистику, вычисляют на основе принятых статистик аналитическую зависимость вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги от порогового отношения сигнал-помеха по методу максимального правдоподобия, иtake as model statistics the interference fields in the channels of the intensity vector and the rotor of the intensity vector, the Laplace statistics, calculate, based on the received statistics, the analytical dependence of the probability of correct detection at a given probability of false alarm on the threshold signal-to-noise ratio using the maximum likelihood method, and

принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора 64 информативных параметров.decide on detection by comparing with the threshold value of the signal / noise ratio the maximum signal / noise ratio calculated from a set of 64 informative parameters.

В предлагаемом способе существенными признаками, общими с прототипом, являются следующие операции:In the proposed method, the essential features common to the prototype are the following operations:

- используют в качестве приемной системы комбинированный приемник, содержащий приемник звукового давления, трехкомпонентный приемник вектора колебательной скорости,- use as a receiving system a combined receiver containing a sound pressure receiver, a three-component receiver of the vibrational velocity vector,

- формируют методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов в заданном фиксированном частотном диапазоне в векторных каналах комбинированного приемника,- form by the methods of time-frequency signal processing a set of frequency channels in a given fixed frequency range in the vector channels of the combined receiver,

вычисляют в каждом частотном канале, сформированном в результате частотно-временной обработки принятых шумовых сигналов, текущие значения комплексных амплитуд трех компонент вектора колебательной скорости, текущие значения амплитуд трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности для суммарного процесса (S+N), усредняют за заранее определенный временной интервал T1 значения трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса вычисляют в каждом частотном канале во всех сформированных пространственных каналах 32 информативных параметра для суммарного процесса (S+N),calculate in each frequency channel formed as a result of time-frequency processing of received noise signals, the current values of the complex amplitudes of the three components of the vibrational velocity vector, the current values of the amplitudes of the three components of the real component of the intensity vector, the three components of the imaginary component of the intensity vector for the total process (S + N ) are averaged over a predetermined time interval T 1 values of the real component of the three components of the intensity vector, three imaginary component leaving the intensity vector and the square of sound pressure for the overall process is calculated in each frequency channel in all spatial channels 32 formed informative parameter for the overall process (S + N),

- выделяют из текущих значений суммарного случайного процесса сигнал плюс помеха текущие значения помехи N,- extract the signal from the current values of the total random process plus interference, the current interference values N,

вычисляют в каждом частотном канале текущие значения комплексных амплитуд трех компонент вектора колебательной скорости, текущие значения амплитуд трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности для помехи N,calculate in each frequency channel the current values of the complex amplitudes of the three components of the vector of vibrational velocity, the current values of the amplitudes of the three components of the real component of the intensity vector, the three components of the imaginary component of the intensity vector for interference N,

усредняют за заранее определенный временной интервал T1 значения трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи N,average over a predetermined time interval T 1 the values of the three components of the material component of the intensity vector, the three components of the imaginary component of the intensity vector and the square of the sound pressure for the interference N,

формируют в каждом частотном канале набор информативных параметров, усредненных за время

Figure 00000004
для суммарного процесса (S+N),form in each frequency channel a set of informative parameters averaged over time
Figure 00000004
for the total process (S + N),

формируют в каждом частотном канале набор информативных параметров, усредненных за время

Figure 00000004
для помехи N,form in each frequency channel a set of informative parameters averaged over time
Figure 00000004
for interference N,

формируют в каждом частотном канале набор информативных параметров, усредненных за время Т2=10

Figure 00000004
для суммарного процесса (S+N),form in each frequency channel a set of informative parameters averaged over time T 2 = 10
Figure 00000004
for the total process (S + N),

формируют в каждом частотном канале набор информативных параметров, усредненных за время Т2=10

Figure 00000004
для помехи N,form in each frequency channel a set of informative parameters averaged over time T 2 = 10
Figure 00000004
for interference N,

нормируют информативные параметры, вычисленные для суммарного процесса (S+N), наinformative parameters calculated for the total process (S + N) are normalized to

соответствующие информативные параметры, вычисленные для помехи N,corresponding informative parameters calculated for interference N,

вычисляют максимальное отношение сигнал/помеха из набора информативных параметров,calculate the maximum signal to noise ratio from a set of informative parameters,

принимают в качестве модельной статистики поля помехи в канале звукового давления и в каналах вектора колебательной скорости гауссову статистику,accept as model statistics the interference fields in the sound pressure channel and in the channels of the vibrational velocity vector, Gaussian statistics,

принимают в качестве модельной статистики поля помехи в каналах вектора интенсивности лапласову статистику,take as model statistics the interference field in the channels of the intensity vector Laplace statistics,

вычисляют на основе принятых статистик аналитическую зависимость вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги от порогового отношения сигнал-помеха по методу максимального правдоподобия, принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора информативных параметров.on the basis of the received statistics, the analytical dependence of the probability of correct detection at a given probability of false alarm is calculated on the threshold signal-to-noise ratio using the maximum likelihood method, a decision is made on the detection of the maximum signal-to-noise ratio calculated from a set of informative parameters with the threshold value of the signal-to-noise ratio .

- Отличительными существенными признаками предлагаемого способа являются следующие операции:- Distinctive essential features of the proposed method are the following operations:

формируют в каждом частотном канале 8 пространственных каналов для горизонтальной компоненты вектора интенсивности и 2 пространственных канала для вертикальной компоненты вектора интенсивности,form in each frequency channel 8 spatial channels for the horizontal component of the intensity vector and 2 spatial channels for the vertical component of the intensity vector,

формируют в каждом частотном канале 5 пространственных каналов для горизонтальной компоненты ротора вектора интенсивности и 1 пространственный канал для вертикальной компоненты ротора вектора интенсивности,form in each frequency channel 5 spatial channels for the horizontal component of the rotor of the intensity vector and 1 spatial channel for the vertical component of the rotor of the intensity vector,

вычисляют в каждом частотном канале во всех сформированных пространственных каналах 32 информативных параметра, усредненных за время Т1, для суммарного процесса (S+N),calculate in each frequency channel in all generated spatial channels 32 informative parameters averaged over time T 1 for the total process (S + N),

вычисляют в каждом частотном канале во всех сформированных пространственных каналах 32 информативных параметра, усредненных за время Т1, для помехи N, нормируют 32 информативных параметра, усредненные за время Т1, вычисленные для суммарного процесса (S+N), на соответствующие значения 32 информативных параметра, усредненных за время Т1, вычисленные для помехи N,in each frequency channel, 32 informative parameters averaged over time T 1 are calculated in all generated spatial channels for interference N; 32 informative parameters averaged over time T 1 calculated for the total process (S + N) are normalized to the corresponding 32 informative values parameter averaged over time T 1 calculated for interference N,

вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал Т2=10 T1 вторичные спектры 32 информативных параметров в заранее определенном частотном диапазоне (0, Ω1) для суммарного процесса (S+N),calculate in each frequency channel for a predetermined time interval T 2 = 10 T 1 the secondary spectra of 32 informative parameters in a predetermined frequency range (0, Ω 1 ) for the total process (S + N),

вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал Т2=10 T1 вторичные спектры 32 информативных параметров в заранее определенном частотном диапазоне (0, Ω1) для помехи N,calculate in each frequency channel for a predetermined time interval T 2 = 10 T 1 the secondary spectra of 32 informative parameters in a predetermined frequency range (0, Ω 1 ) for interference N,

нормируют в каждом частотном канале вторичный спектр для каждого из 32 информативных параметров, вычисленный для суммарного процесса (S+N), на вторичный спектр, вычисленный для помехи N,in each frequency channel, the secondary spectrum for each of 32 informative parameters calculated for the total process (S + N) is normalized to the secondary spectrum calculated for interference N,

вычисляют в каждом частотном канале для каждого из 32 информативных параметров максимальное отношение сигнал-помеха

Figure 00000005
вторичного спектра в частотном диапазоне (0, Ω1),in each frequency channel, for each of 32 informative parameters, the maximum signal-to-noise ratio is calculated
Figure 00000005
secondary spectrum in the frequency range (0, Ω 1 ),

вычисляют в каждом частотном канале максимальное отношение сигнал/помеха

Figure 00000006
из суммарного набора 64 отношений сигнал-помеха, вычисленных для 32 информативных параметров (S/N)T1, усредненных за время T1, и для 32 значений максимального отношения
Figure 00000005
вторичного спектра в частотном диапазоне (0, Ω1),calculate in each frequency channel the maximum signal to noise ratio
Figure 00000006
from a total set of 64 signal-to-noise ratios calculated for 32 informative parameters (S / N) T1 averaged over time T 1 and for 32 values of the maximum ratio
Figure 00000005
secondary spectrum in the frequency range (0, Ω 1 ),

и принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из расширенного набора 64 информативных параметров.and decide to detect by comparing with the threshold value of the signal-to-noise ratio the maximum signal-to-noise ratio calculated from an extended set of 64 informative parameters.

Таким образом, именно такая совокупность существенных признаков заявленного способа позволяет сформировать с использованием смешанных алгоритмов аддитивно-мультипликативной обработки множество пространственных каналов, существенно увеличить множество информативных параметров и, соответственно, повысить помехоустойчивость и дальность действия приемной системы.Thus, it is precisely such a set of essential features of the claimed method that allows us to generate a lot of spatial channels using mixed algorithms of additive-multiplicative processing, significantly increase the set of informative parameters and, accordingly, increase the noise immunity and range of the receiving system.

Новизна предлагаемого способа заключается в том, что в нем с использованием смешанных алгоритмов аддитивно-мультипликативной обработки сигналов сформированы 10 пространственных каналов для вектора интенсивности и 5 пространственных каналов для ротора вектора интенсивности. Это позволило сформировать 32 информативных параметра, усредненных за время Т1, 32 информативных параметра для усредненных за время Т2, вычисленных отдельно для суммарного процесса (S+N) и для помехи N, и увеличенный набор отношений сигнал-помеха, среди которых выбирается информативный параметр, которому соответствует максимальное отношение сигнал-помеха.The novelty of the proposed method lies in the fact that in it using mixed algorithms of additive-multiplicative signal processing formed 10 spatial channels for the intensity vector and 5 spatial channels for the rotor of the intensity vector. This made it possible to generate 32 informative parameters averaged over time T 1 , 32 informative parameters for averaged over time T 2 , calculated separately for the total process (S + N) and for interference N, and an increased set of signal-to-noise ratios, among which an informative parameter, which corresponds to the maximum signal-to-noise ratio.

Увеличение числа информационных каналов, обладающих направленностью на любых, сколь угодно низких частотах, увеличивает помехоустойчивость комбинированного приемника и дальность действия приемной системы в режиме обнаружения слабых сигналов. При этом в полном наборе информативных параметров для потенциальной составляющей вектора интенсивности, для звукового давления и для градиента звукового давления велико отношение сигнал-помеха в зонах интерференционных максимумов, для вихревой составляющей вектора интенсивности и для ротора вектора интенсивности велико отношение сигнал-помеха в зонах интерференционных минимумов.An increase in the number of information channels with directivity at any arbitrarily low frequencies increases the noise immunity of the combined receiver and the range of the receiving system in the detection mode of weak signals. Moreover, in the full set of informative parameters for the potential component of the intensity vector, for sound pressure and for the gradient of sound pressure, the signal-to-noise ratio in the zones of interference maxima is large, for the vortex component of the intensity vector and for the intensity vector rotor, the signal-to-noise ratio in zones of interference minima is large .

Блок-схема, поясняющая заявленный способ обнаружения, приведена на чертеже, где обозначены наименования блоков:A block diagram explaining the claimed detection method is shown in the drawing, where the names of the blocks are indicated:

1 - комбинированный приемник,1 - combined receiver,

2 - анализатор спектра суммарного процесса сигнал плюс помеха (S+N),2 - spectrum analyzer of the total signal plus interference process (S + N),

3 - блок выделения шумовой помехи (N),3 - block noise interference (N),

4 - блок формирования пространственных каналов,4 - block the formation of spatial channels,

5 - блок формирования набора М информативных параметров для суммарного процесса (S+N),5 - block forming a set of M informative parameters for the total process (S + N),

6 - блок формирования набора М информативных параметров для шумовой помехи (N),6 - block forming a set of M informative parameters for noise interference (N),

7 - блок формирования вторичного спектра М информативных параметров для суммарного процесса (S+N),7 - block forming the secondary spectrum of M informative parameters for the total process (S + N),

8 - блок формирования вторичного спектра М информативных параметров для помехи N,8 - block formation of the secondary spectrum of M informative parameters for interference N,

9 - блок формирования отношения сигнал/помеха по каждому информативному параметру (S/N)m, m=1-M,9 - block forming the signal-to-noise ratio for each informative parameter (S / N) m , m = 1-M,

10 - компаратор, выбирающий информативный параметр с максимальным отношением (S/N)max,10 - a comparator choosing an informative parameter with a maximum ratio (S / N) max ,

11 - автоматический обнаружитель порогового типа, устанавливающий пороговое значение отношения (S/N)0,11 is an automatic threshold type detector that sets the threshold value of the ratio (S / N) 0 ,

12 - визуальный обнаружитель (планшет), формирующий сонограмму процесса обнаружения в координатах частота-время наблюдения.12 - visual detector (tablet), forming a sonogram of the detection process in coordinates of the frequency-time of observation.

Заявленный способ реализуется следующей последовательностью действий.The claimed method is implemented by the following sequence of actions.

Сигнал от шумящего объекта принимается комбинированным приемником 1, с выхода которого сигналы звукового давления и компонент вектора градиента давления поступают в блок 2 - анализатора спектра суммарного процесса сигнал плюс помеха (S+N). В этом блоке:The signal from the noisy object is received by the combined receiver 1, from the output of which the sound pressure signals and the components of the pressure gradient vector are sent to block 2 - the spectrum analyzer of the total signal-plus-interference process (S + N). In this block:

- формируют методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов в заданном фиксированном частотном диапазоне,- form a set of frequency channels in a given fixed frequency range using frequency-time signal processing methods,

- вычисляют в каждом частотном канале комплексные амплитуды звукового давления, трех компонент вектора градиента давления, в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, для суммарного процесса (S+N)- calculate in each frequency channel the complex amplitudes of sound pressure, the three components of the pressure gradient vector, in the local coordinate system associated with the combined receiver for the total process (S + N)

Figure 00000007
Figure 00000007

где р(ω, r(t)),

Figure 00000008
-комплексные амплитуды звукового давления и вектора градиента давления, соответственно,where p (ω, r (t)),
Figure 00000008
- complex amplitudes of sound pressure and pressure gradient vector, respectively,

Вычисленные в блоке 2 сигналы поступают на вход блока 3 выделения шумовой помехи (N) по алгоритму (1)The signals calculated in block 2 are fed to the input of block 3 of noise interference isolation (N) according to the algorithm (1)

Figure 00000009
Figure 00000009

где f0 - средняя частота канала, Δf0-заранее определенная полоса усреднения, примерно на порядок превышающая ширину дискретной составляющей Δf в спектре суммарного процесса (S+N), AS+N, AN-любой из перечисленных выше параметров звукового поля, вычисленный для суммарного процесса (S+N) и для помехи N.where f 0 is the average frequency of the channel, Δf 0 is a predetermined averaging band, approximately an order of magnitude greater than the width of the discrete component Δf in the spectrum of the total process (S + N), A S + N , A N is any of the above sound field parameters, calculated for the total process (S + N) and for interference N.

Сформированные в блоках 2,3 сигналы поступают в блоки 4 формирования пространственных каналов, в которомThe signals generated in blocks 2,3 arrive at blocks 4 of the formation of spatial channels, in which

- вычисляют в каждом частотном канале комплексные амплитуды вектора колебательной скорости и вектора интенсивности в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, для суммарного процесса (S+N) и для помехи N по формулам- calculate in each frequency channel the complex amplitudes of the vibrational velocity vector and the intensity vector in the local coordinate system associated with the combined receiver for the total process (S + N) and for the interference N by the formulas

Figure 00000010
Figure 00000010

- вычисляют в каждом частотном канале две горизонтальные компоненты вектора колебательной скорости в повернутой на 45° системе координат (α, β) для суммарного процесса (S+N) и для помехи N по формулам- calculate in each frequency channel two horizontal components of the vector of vibrational velocity in the coordinate system rotated by 45 ° (α, β) for the total process (S + N) and for the interference N by the formulas

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

где νx(ω,r(t)),ν y(a),r(t)) комплексные амплитуды спектральных составляющих на частоте ω на расстоянии r(t) для компонент вектора колебательной скорости в локальной системе координат (х,у), связанной с приемником, ϕ0 угол поворота,where ν x (ω, r (t)), ν y (a), r (t)) are the complex amplitudes of the spectral components at a frequency ω at a distance r (t) for the components of the vibrational velocity vector in the local coordinate system (x, y) associated with the receiver, ϕ 0 angle of rotation,

С выхода блока 4 сигналы поступают в блоки 5, 6 формирования набора усредненных за время T1 информативных параметров, в которомFrom the output of block 4, the signals arrive at blocks 5, 6 of forming a set of informative parameters averaged over time T 1 , in which

- вычисляют и усредняют за время T1 компоненты вектора интенсивности Iα, Iβ в повернутой системе координат (α, β) для суммарного процесса (S+N) и для помехи N по формулам- calculate and average over time T 1 the components of the intensity vector I α , I β in the rotated coordinate system (α, β) for the total process (S + N) and for the interference N according to the formulas

Figure 00000013
Figure 00000013

p(ω,r(t)) - комплексная амплитуда спектральной составляющей на частоте ω на расстоянии r(t) для звукового давления,p (ω, r (t)) is the complex amplitude of the spectral component at a frequency ω at a distance r (t) for sound pressure,

- вычисляют и усредняют за время T1 для суммарного процесса (S+N) и для помехи N величины- calculate and average over time T 1 for the total process (S + N) and for the interference N values

Figure 00000014
Figure 00000014

где

Figure 00000015
, μp, μν чувствительность приемника звукового давления и приемника колебательной скорости на частоте со соответственно, I1x, I1y, I2x, I2y - горизонтальные компоненты вещественной и мнимой составляющих вектора интенсивности в локальной системе координат, связанной с приемником, которым соответствует статический веер характеристик направленности в горизонтальной плоскости видаWhere
Figure 00000015
, μ p , μ ν are the sensitivity of the sound pressure receiver and the vibrational velocity receiver at a frequency with, respectively, I 1x , I 1y , I 2x , I 2y are the horizontal components of the real and imaginary components of the intensity vector in the local coordinate system associated with the receiver, to which static fan of horizontal directivity

Figure 00000016
Figure 00000016

где ϕ, θ - азимутальный угол и угол места,where ϕ, θ is the azimuthal angle and elevation angle,

- вычисляют величины- calculate the values

Figure 00000017
Figure 00000017

которым соответствует статический веер характеристик направленности в вертикальной плоскости видаwhich corresponds to a static fan of directivity characteristics in the vertical plane of the view

Figure 00000018
Figure 00000018

для вещественной и мнимой составляющих вертикальной компоненты вектора интенсивностиfor the real and imaginary components of the vertical component of the intensity vector

- вычисляют вещественные и мнимые составляющие вектора интенсивности во всех 10-пространственных каналах (4), (6) для суммарного процесса (S+N) и для помехи N,- calculate the real and imaginary components of the intensity vector in all 10-spatial channels (4), (6) for the total process (S + N) and for interference N,

- вычисляют и усредняют за время T1 6 квадратичных компонент вектора градиента давления по формулам- calculate and average over time T 1 6 quadratic components of the pressure gradient vector by the formulas

Figure 00000019
Figure 00000019

-вычисляют и усредняют за время T1 5 компонент ротора вектора интенсивности и квадрат звукового давления по формулам- calculate and average over time T 1 5 the components of the rotor of the intensity vector and the square of sound pressure according to the formulas

Figure 00000020
Figure 00000020

С первых выходов блоков 5,6 сигналы, сформированные по алгоритмам (3), (5), (7), (8) информативные параметры поступают на входы блоков 7,8 вторичного спектрального анализа для суммарного процесса (S+N) и для помехи N соответственно, а с выходов блоков 7,8 и со вторых выходов блоков 5,6 сигналы поступают на вход блока 9 формирования отношения сигнал/помеха (S/N)m по каждому информативному параметру Am (m=1-32). Для этого усредненные за время T1 информативные параметры, сформированные в блоке 5, центрируют и нормируют на соответствующие параметры Am, вычисленные в блоке 6 для помехи N, а составляющие вторичного спектра информативных параметров для суммарного процесса (S+N), сформированные в блоке 7, нормируются на соответствующие составляющие вторичного спектра информативных параметров, вычисленные в блоке 8 для помехи N.From the first outputs of blocks 5.6, the signals generated by the algorithms (3), (5), (7), (8) informative parameters are fed to the inputs of blocks 7.8 of the secondary spectral analysis for the total process (S + N) and for interference N, respectively, and from the outputs of blocks 7.8 and from the second outputs of blocks 5.6, the signals are fed to the input of block 9 of forming a signal to noise ratio (S / N) m for each informative parameter A m (m = 1-32). For this, the informative parameters averaged over time T 1 generated in block 5 are centered and normalized to the corresponding parameters A m calculated in block 6 for interference N, and the components of the secondary spectrum of informative parameters for the total process (S + N) formed in the block 7 are normalized to the corresponding components of the secondary spectrum of informative parameters calculated in block 8 for interference N.

При выборе интервалов усреднения T1, Т2 учитывают, что время усреднения Т1, необходимое для усреднения изотропной составляющей помехи, должно составлять порядка 50-60 с, время усреднения Т2, необходимое для усреднения анизотропной составляющей помехи, должно составлять порядка 10Т1, а верхняя граница частотного интервала при вычислении вторичного спектра Ω1 должна быть не менее 0.1 Гц.When choosing the averaging intervals T 1 , T 2 take into account that the averaging time T 1 necessary for averaging the isotropic component of the interference should be of the order of 50-60 s, the averaging time T 2 required for averaging the anisotropic component of the interference should be about 10T 1 , and the upper boundary of the frequency interval when calculating the secondary spectrum of Ω 1 should be at least 0.1 Hz.

Сформированные в блока 9 нормированные параметры (S/N)m поступают на вход блока 10 - компаратора, в котором вычисляют максимальное отношение сигнал/помеха по одному из 64 параметров. Вычисленные максимальные значения отношения сигнал/помеха сравниваются с заданным в блоке 11 пороговым значением отношения сигнал/помеха и отображаются в блоке 12, который представляет собой визуальный обнаружитель (планшет), формирующий сонограмму процесса обнаружения в координатах частота-время наблюдения.The normalized parameters (S / N) m formed in block 9 are fed to the input of block 10, a comparator, in which the maximum signal / noise ratio is calculated from one of 64 parameters. The calculated maximum signal-to-noise ratio values are compared with the threshold signal-to-noise ratio value specified in block 11 and are displayed in block 12, which is a visual detector (tablet) that generates a sonogram of the detection process in the frequency-time coordinates of the observation.

Claims (1)

Способ обнаружения шумящих объектов в мелком и глубоком море в фиксированном частотном диапазоне, в котором принимают шумовой сигнал комбинированным приемником, содержащим канал звукового давления и трехкомпонентный приемник вектора колебательной скорости, вычисляют и усредняют за заранее определенный временной интервал T1 в каждом частотном канале, сформированном в результате частотно-временной обработки принятых шумовых сигналов, комплексные амплитуды звукового давления, трех компонент вектора колебательной скорости, трех компонент вектора интенсивности для суммарного процесса сигнал плюс помеха (S+N), выделяют из текущих значений суммарного случайного процесса (S+N) текущие значения помехи N, вычисляют и усредняют за заранее определенный временной интервал T1 комплексные амплитуды звукового давления, трех компонент вектора колебательной скорости, трех компонент вектора интенсивности для помехи N, нормируют квадрат звукового давления и компоненты комплексного вектора интенсивности, усредненные за время Т1 вычисленные для суммарного процесса (S+N), на соответствующие значения квадрата звукового давления и компоненты комплексного вектора интенсивности, усредненные за время Т1 вычисленные для помехи N, вычисляют за время Т2=10 T1 комплексные амплитуды нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса (S+N), вычисляют за время Т2=10 T1 комплексные амплитуды нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи N, нормируют вычисленные за время Т2=10 T1 комплексные амплитуды нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса (S+N), на соответствующие комплексные амплитуды нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи N, вычисляют максимальное отношение сигнал/помеха из набора нормированных отношений сигнал-помеха, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в канале звукового давления и в каналах вектора колебательной скорости гауссову статистику, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в каналах вектора интенсивности лапласову статистику, вычисляют на основе принятых статистик аналитическую зависимость вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги от порогового отношения сигнал-помеха по методу максимального правдоподобия, принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора нормированных отношений сигнал-помеха, отличающийся тем, что формируют в каждом частотном канале с использованием смешанных аддитивно-мультипликативных алгоритмов обработки 8 пространственных каналов в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 2 пространственных канала в вертикальной плоскости для вертикальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 4 пространственных канала в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты ротора вектора интенсивности, 1 пространственный канал в вертикальной плоскости для вертикальной компоненты ротора вектора интенсивности, вычисляют и усредняют за время T1 в каждом частотном канале набор из 32 информативных параметров, включающий квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для суммарного процесса (S+N), вычисляют и усредняют за время T1 в каждом частотном канале набор из 32 информативных параметров, включающий квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для помехи N, нормируют 32 информативных параметра, усредненные за время Т1, вычисленные для суммарного процесса (S+N), на соответствующие значения 32 информативных параметра, усредненных за время Т1 вычисленные для помехи N, вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал Т2=10 T1 вторичные спектры 32 информативных параметров в заранее определенном частотном диапазоне (0, Ω1) для суммарного процесса (S+N), вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал Т2=10 T1 вторичные спектры 32 информативных параметров в заранее определенном частотном диапазоне (0, Ω1) для помехи N, нормируют в каждом частотном канале вторичный спектр для каждого из 32 информативных параметров, вычисленный для суммарного процесса (S+N), на вторичный спектр, вычисленный для помехи N, вычисляют в каждом частотном канале для каждого из 32 информативных параметров максимальное отношение сигнал-помеха
Figure 00000021
вторичного спектра в частотном диапазоне (0, Ω1), вычисляют в каждом частотном канале максимальное отношение сигнал/помеха
Figure 00000022
из суммарного набора 64 отношений сигнал-помеха, вычисленных для 32 информативных параметров (S/N)T1, усредненных за время T1, и для 32 значений максимального отношения
Figure 00000023
вторичного спектра в частотном диапазоне (0, Ω1), принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора 64 информативных параметров.A method for detecting noisy objects in a shallow and deep sea in a fixed frequency range in which a noise signal is received by a combined receiver containing a sound pressure channel and a three-component receiver of the vibrational velocity vector are calculated and averaged over a predetermined time interval T 1 in each frequency channel formed in the result of time-frequency processing of received noise signals, complex amplitudes of sound pressure, three components of the vibrational velocity vector, three components Intent of the intensity vector for the total signal plus interference process (S + N), the current interference values N are extracted from the current values of the total random process (S + N), the complex amplitudes of sound pressure and three components of the vector are calculated and averaged over a predetermined time interval T 1 vibrational velocity, three component interference intensity vector for N, normalized square of the sound pressure and the intensity of the complex vector components, averaged over a time T 1 calculated for the overall process (S + N), corresponding to Suitable values of the square of sound pressure and components of the complex vector intensity, averaged over a time T 1 calculated for noise N, is calculated for the time T 2 = 10 T 1 complex amplitudes of the zeroth and first secondary harmonic spectrum for three component real component of the intensity vector, the three components of the imaginary component vector intensity and a square of sound pressure for the overall process (S + N), calculating the time T 2 = T 1 10, the complex amplitudes of the zeroth and first harmonics secondary spectrum for three component substance ennoy component intensity vector, the three components of the imaginary component of the vector of intensity and the square of the sound pressure for noise N, normalized computed for time T 2 = 10 T 1 complex amplitudes of the zeroth and first secondary harmonic spectrum for three component real component of the intensity vector, the three components of the imaginary component of the vector intensity and squared sound pressure for the total process (S + N), for the corresponding complex amplitudes of the zero and first harmonics of the secondary spectrum for the three components nt the real component of the intensity vector, the three components of the imaginary component of the intensity vector and the squared sound pressure for interference N, calculate the maximum signal-to-noise ratio from a set of normalized signal-to-noise ratios, take as model statistics the interference fields in the sound pressure channel and in the channels of the vibrational vector Gaussian statistics are taken as model statistics of the interference field in the channels of the intensity vector Laplace statistics are calculated on the basis of the accepted Istik, the analytical dependence of the probability of correct detection at a given probability of false alarm on the threshold signal-to-noise ratio using the maximum likelihood method, a decision is made on the detection of the maximum signal-to-noise ratio calculated from a set of normalized signal-to-noise ratios, compared to the threshold signal-to-noise ratio characterized in that they form in each frequency channel using mixed additive-multiplicative processing algorithms 8 spatial x channels in the horizontal plane for the horizontal component of the complex intensity vector, 2 spatial channels in the vertical plane for the vertical component of the complex intensity vector, 4 spatial channels in the horizontal plane for the horizontal component of the rotor of the intensity vector, 1 spatial channel in the vertical plane for the vertical component of the rotor of the intensity vector , calculate and average over a time T 1 in each frequency channel a set of 32 informative parameters including square of sound pressure, squares of 3 real components of the pressure gradient vector and squares of 3 imaginary components of the pressure gradient vector in the local coordinate system associated with the combined receiver, complex amplitudes 10 components of the intensity vector in 10 formed spatial channels, 5 real amplitudes 5 components of the vector rotor intensities in 5 generated spatial channels for the total process (S + N), a set of 32 is calculated and averaged over time T 1 in each frequency channel and informative parameters, including the square of sound pressure, the squares of 3 real components of the pressure gradient vector and the squares of 3 imaginary components of the pressure gradient vector in the local coordinate system associated with the combined receiver, complex amplitudes 10 components of the intensity vector in 10 generated spatial channels, 5 real amplitudes 5 components the intensity vector rotor in 5 generated spatial channels for interference N, 32 informative parameters averaged over time T 1 are normalized calculated for the total process (S + N) by the corresponding values of 32 informative parameters averaged over time T 1 calculated for interference N, calculate in each frequency channel for a predetermined time interval T 2 = 10 T 1 the secondary spectra of 32 informative parameters in advance a specific frequency range (0, Ω 1 ) for the total process (S + N), calculate in each frequency channel for a predetermined time interval T 2 = 10 T 1 secondary spectra of 32 informative parameters in a predetermined frequency range (0, Ω 1 ) d I interference N, normalize in each frequency channel the secondary spectrum for each of 32 informative parameters, calculated for the total process (S + N), on the secondary spectrum calculated for interference N, calculate the maximum ratio in each frequency channel for each of 32 informative parameters signal interference
Figure 00000021
secondary spectrum in the frequency range (0, Ω 1 ), the maximum signal / noise ratio is calculated in each frequency channel
Figure 00000022
from a total set of 64 signal-to-noise ratios calculated for 32 informative parameters (S / N) T1 averaged over time T 1 and for 32 values of the maximum ratio
Figure 00000023
secondary spectrum in the frequency range (0, Ω 1 ), they decide to detect by comparison with the threshold signal-to-noise ratio the maximum signal-to-noise ratio calculated from a set of 64 informative parameters.
RU2019106860A 2019-03-11 2019-03-11 Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea RU2702917C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106860A RU2702917C1 (en) 2019-03-11 2019-03-11 Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106860A RU2702917C1 (en) 2019-03-11 2019-03-11 Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2702917C1 true RU2702917C1 (en) 2019-10-14

Family

ID=68280248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019106860A RU2702917C1 (en) 2019-03-11 2019-03-11 Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2702917C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723145C1 (en) * 2019-11-18 2020-06-09 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method and device for detecting noisy objects in the sea with onboard antenna
RU2735630C1 (en) * 2020-04-30 2020-11-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Submarine hydro-acoustic complex noise direction-finding system
RU2739000C1 (en) * 2020-06-15 2020-12-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Hydroacoustic system for detecting a moving underwater sound source, measurement of bearing on sound source and horizon of sound source in shallow sea
RU2767397C1 (en) * 2021-10-11 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Hydroacoustic complex for detecting a moving underwater sound source and measuring its coordinates in a passive mode
CN115514379A (en) * 2022-09-16 2022-12-23 深圳华海尖兵科技有限公司 Method and device for improving robustness of short-wave data transmission
RU2794716C1 (en) * 2022-07-11 2023-04-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий им. академика М.Д. Агеева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method for detecting noisy objects in the shallow sea in the infrasonic frequency range

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8620082B1 (en) * 2011-04-01 2013-12-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Sonar image texture segmentation
RU2602732C1 (en) * 2015-06-25 2016-11-20 Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea
RU2611102C1 (en) * 2015-12-14 2017-02-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" Method for spectral analysis of polyharmonic signals
RU2653189C1 (en) * 2017-06-07 2018-05-07 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea
RU2653585C1 (en) * 2017-09-08 2018-05-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИМПТ ДВО РАН) Method of detecting the noise-producing, moving in the sea objects
RU2654335C1 (en) * 2017-06-07 2018-05-17 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method of detecting noisy objects in sea with combined receiver
RU2680860C1 (en) * 2017-12-07 2019-02-28 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of passive determination of coordinate of sources of sonar radiation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8620082B1 (en) * 2011-04-01 2013-12-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Sonar image texture segmentation
RU2602732C1 (en) * 2015-06-25 2016-11-20 Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea
RU2611102C1 (en) * 2015-12-14 2017-02-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" Method for spectral analysis of polyharmonic signals
RU2653189C1 (en) * 2017-06-07 2018-05-07 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea
RU2654335C1 (en) * 2017-06-07 2018-05-17 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method of detecting noisy objects in sea with combined receiver
RU2653585C1 (en) * 2017-09-08 2018-05-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИМПТ ДВО РАН) Method of detecting the noise-producing, moving in the sea objects
RU2680860C1 (en) * 2017-12-07 2019-02-28 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of passive determination of coordinate of sources of sonar radiation

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723145C1 (en) * 2019-11-18 2020-06-09 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method and device for detecting noisy objects in the sea with onboard antenna
RU2735630C1 (en) * 2020-04-30 2020-11-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Submarine hydro-acoustic complex noise direction-finding system
RU2739000C1 (en) * 2020-06-15 2020-12-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Hydroacoustic system for detecting a moving underwater sound source, measurement of bearing on sound source and horizon of sound source in shallow sea
RU2767397C1 (en) * 2021-10-11 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Hydroacoustic complex for detecting a moving underwater sound source and measuring its coordinates in a passive mode
RU2794716C1 (en) * 2022-07-11 2023-04-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий им. академика М.Д. Агеева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method for detecting noisy objects in the shallow sea in the infrasonic frequency range
CN115514379A (en) * 2022-09-16 2022-12-23 深圳华海尖兵科技有限公司 Method and device for improving robustness of short-wave data transmission
RU2795375C1 (en) * 2022-11-16 2023-05-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий им. академика М.Д. Агеева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Hydroacoustic complex for detecting a moving underwater sound source, measuring the bearing to the sound source and the horizon of the sound source in the shallow sea in the infrasonic frequency range

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2702917C1 (en) Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea
RU2653189C1 (en) Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea
RU2653585C1 (en) Method of detecting the noise-producing, moving in the sea objects
RU2005113369A (en) METHOD FOR DETECTING NOISY IN THE SEA OBJECTS
RU2473924C1 (en) Method of detecting and classifying signal from target
RU2602732C1 (en) Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea
RU2739000C1 (en) Hydroacoustic system for detecting a moving underwater sound source, measurement of bearing on sound source and horizon of sound source in shallow sea
RU2718144C1 (en) Method of classification, determination of coordinates and parameters of movement of a noisy object in the infrasound frequency range
RU2451308C1 (en) Method of measuring coordinates of microseismic sources under interference
RU2654335C1 (en) Method of detecting noisy objects in sea with combined receiver
RU2353946C1 (en) Method to receive information on sound-producing objects in sea
RU2711406C1 (en) Method of classification of hydro acoustic signals of marine objects noise emission
RU2537472C1 (en) Hydroacoustic system for detecting submerged moving sound source and measuring coordinates thereof in shallow sea
RU2684439C1 (en) Method of panoramic classification of the noise objects
RU2700797C1 (en) Method to detect noisy objects in shallow sea
RU2653587C1 (en) Hydroacoustic system for detection of moving sound source, measurement of azimuth angle of source and horizon of sound source in shallow sea
RU2465618C1 (en) Automatic classification system of short-range hydrolocator
RU2572052C2 (en) Method of detecting low-noise marine object
RU2724962C1 (en) Method of determining coordinates of a marine noisy target
RU2794716C1 (en) Method for detecting noisy objects in the shallow sea in the infrasonic frequency range
RU2723145C1 (en) Method and device for detecting noisy objects in the sea with onboard antenna
RU2703804C1 (en) Method of classifying marine objects with passive hydroacoustic means
Wang et al. A novel algorithm in estimating signal-to-noise ratio for ocean wave height inversion from X-band radar images
RU127945U1 (en) NAVIGATING HYDROACOUSTIC STATION
CN113671507B (en) Waveguide invariant estimation method based on deep sea vertical array