RU2715431C1 - Method for detection of underwater source of broadband noise - Google Patents

Method for detection of underwater source of broadband noise Download PDF

Info

Publication number
RU2715431C1
RU2715431C1 RU2019121077A RU2019121077A RU2715431C1 RU 2715431 C1 RU2715431 C1 RU 2715431C1 RU 2019121077 A RU2019121077 A RU 2019121077A RU 2019121077 A RU2019121077 A RU 2019121077A RU 2715431 C1 RU2715431 C1 RU 2715431C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
source
energy
noise
receiver
receivers
Prior art date
Application number
RU2019121077A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Викторович Матвиенко
Юрий Анатольевич Хворостов
Александр Валерьевич Каморный
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 RU2019121077A priority Critical patent/RU2715431C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2715431C1 publication Critical patent/RU2715431C1/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
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

Landscapes

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

Abstract

FIELD: hydro acoustics.
SUBSTANCE: method for detecting an underwater source of broadband noise relates to hydroacoustics and can be used in systems for noise direction and underwater monitoring. Method includes reception of broadband source noise by two spaced apart receivers, wherein for each receiver in the received signal time fragments processing cycles, in each formed frequency channel the horizontal energy flow value and the angle of its arrival are calculated, dividing the entire observation horizon of 0–360 degrees into equal horizontal assigned angular sectors, establishing information channels from the formed frequency channels, grouped by the angle of their arrival in the angular sectors with the value of the total energy of the frequency channels included therein above the average value in all assigned sectors, generating from energy channel characteristics spectral energy portraits of the received signal, calculating estimates of current coordinates of the noise source at angles of arrival of energy flows of information frequency channels inherent in both receivers, analyzing the results of processing cycles of time fragments of the received signal and making a decision on detecting a broadband noise source based on a set of data on time stability of spectral energy portraits received by receivers during observation time, and degree of their identity in each receiver, concentration of coordinate estimates in local area, as well as compliance of temporal variability of average values of coordinate estimates to expected dynamics of source motion and location of source is determined by current values of coordinate estimates, and by time variability of coordinate estimates speed and direction of source motion are calculated.
EFFECT: high noise immunity and probability of correct detection of a broadband noise source owing to obtaining and using a much wider range of objective data on the source based on monitoring time stability of angular and spectral characteristics of streams of acoustic energy from a source on information frequencies of the observed frequency range, as well as determining the current location and motion parameters of the source by solving the detection problem from two points of the water area in which the detection object is located.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может использоваться в системах шумопеленгования и контроля подводной обстановки.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in noise direction finding and underwater environment control systems.

Известен способ обнаружения шумящих в море объектов (Патент РФ №2300118, МПК G01S 3/80, G01S 15/04, опубликован 27.05.2007 г. бюл. №15), включающий прием первичного поля шумоизлучения объектов многоканальной антенной, при котором осуществляют частотно-временную обработку принятых шумовых сигналов для каждого канала наблюдения в горизонтальной плоскости, квадрируют, усредняют по времени, центрируют и нормируют сигналы к помехе, осуществляют наблюдение на каждом цикле обзора отметок принятых шумовых сигналов всей совокупности пространственных каналов в горизонтальной плоскости и принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал-помеха.There is a method of detecting objects that are noisy at sea (RF Patent No. 2300118, IPC G01S 3/80, G01S 15/04, published on May 27, 2007 bull. No. 15), which includes receiving the primary noise emission field of objects with a multi-channel antenna, in which time processing of the received noise signals for each observation channel in the horizontal plane, they are squared, averaged over time, center and normalize the signals to interference, they observe on each review cycle the marks of the received noise signals of the entire set of spatial channels in g horizontal plane and decide on detection by comparing with the threshold value of the signal-to-noise ratio.

В известном способе введены новые операции, а именно:In the known method introduced new operations, namely:

на очередном цикле обзора наблюдение осуществляют двумя независимыми последовательностями операций: в первой последовательности осуществляют сопровождение энергетических параметров шумового сигнала по уровню, дисперсии уровня и отбраковку локальных ложных максимумов шумовых сигналов, для чего выполняют следующие операции: отделяют шумовые сигналы от фоновых шумов над уровнем, который понижен в несколько раз относительно порога обнаружения; определяют уровень всех локальных максимумов сигнала; вычисляют по заданному закону аппроксимации уточненное значение уровня шумового сигнала по данным нескольких откликов пространственных каналов в окрестности данного локального максимума сигнала, образующих сигнальный фрагмент; определяют смещение уровня сигнала за время между предыдущим и текущим циклами обзора и вычисляют плотность вероятности измеренного смещения уровня сигнала и плотность вероятности ложных тревог для заданного времени накопления;at the next review cycle, the observation is carried out by two independent sequences of operations: in the first sequence, the energy parameters of the noise signal are monitored by level, level dispersion, and local false maxima of noise signals are rejected, for which the following operations are performed: noise signals are separated from background noise above a level that is reduced several times relative to the detection threshold; determine the level of all local signal maxima; calculate, according to a given approximation law, an updated value of the noise signal level according to the data of several responses of spatial channels in the vicinity of a given local maximum of the signal forming the signal fragment; determining a signal level shift over the time between the previous and current review cycles and calculating the probability density of the measured signal level shift and the probability density of false alarms for a given accumulation time;

во второй последовательности осуществляют сопровождение информационных параметров шумового сигнала по пеленгу, дисперсии пеленга, по скорости и ускорению изменения пеленга и отбраковку пеленгов локальных ложных максимумов шумовых сигналов, для чего выполняют следующие операции: фиксируют пеленг пространственного канала, в котором наблюдается каждый локальный максимум сигнала; вычисляют по заданному закону аппроксимации уточненное значение пеленга шумового сигнала по данным нескольких откликов пространственных каналов в окрестности данного локального максимума сигнала, образующих сигнальный фрагмент; составляют из совокупности оценки пеленга и величины изменения пеленга (ВИП) вектор параметров движения локальных максимумов сигнала; вычисляют матрицу взаимно корреляционных функций для вектора параметров движения локальных максимумов сигнала; вычисляют скорость изменения ВИПа и пеленга за время между предыдущим и текущим циклами обзора; в результате определяют прогнозные оценки пеленга и ВИПа локальных максимумов сигнала за время между предыдущим и текущим циклами обзора для заданного времени накопления; определяют дисперсию прогнозной оценки пеленга для заданного времени накопления и вычисляют ширину строба по пеленгу, в пределах которого осуществляется наблюдение каждого сигнала; вычисляют плотность вероятности смещения измеренного пеленга для заданного времени накопления; по результатам выполнения двух последовательностей операций вычисляют обобщенный вес локальных максимумов сигнала; сравнивают обобщенный вес локальных максимумов сигнала с порогом обнаружения сигнала, который соответствует пороговому отношению сигнал-помеха.in the second sequence, information parameters of the noise signal are monitored for direction finding, bearing dispersion, for speed and acceleration of bearing changes, and bearings are rejected for local false maxima of noise signals, for which the following operations are performed: the bearing of the spatial channel in which each local signal maximum is observed; calculate, according to a given approximation law, the updated value of the bearing of the noise signal according to the data of several responses of spatial channels in the vicinity of a given local maximum of the signal forming the signal fragment; from the totality of the assessment of the bearing and the magnitude of the change in the bearing (VIP), the vector of motion parameters of the local signal maxima calculating a matrix of cross-correlation functions for the vector of motion parameters of the local signal maxima; calculate the rate of change of VIP and bearing for the time between the previous and current review cycles; as a result, predictive estimates of the bearing and VIP of the local maximums of the signal for the time between the previous and current review cycles for a given accumulation time are determined; determining the variance of the predicted bearing estimate for a given accumulation time and calculating the strobe width from the bearing within which each signal is observed; calculate the probability density of the displacement of the measured bearing for a given accumulation time; based on the results of two sequences of operations, the generalized weight of the local signal maxima is calculated; comparing the generalized weight of the local signal maxima with the signal detection threshold, which corresponds to the threshold signal-to-noise ratio.

Недостатком известного способа является малая помехоустойчивость и малая дальность действия приемной системы при работе на низких частотах, когда размер приемной системы соизмерим с длиной волны, и при работе в мелком море, когда алгоритмы формирования пространственной направленности становятся неэффективными из-за дисперсионных искажений сигналов, а также возможность реализации способа только для сигналов фиксированного частотного диапазона, в котором апертура антенны обеспечивает необходимую пространственную направленность.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, and when working in the shallow sea, when the spatial directional formation algorithms become ineffective due to dispersion distortions of the signals, and the possibility of implementing the method only for signals of a fixed frequency range in which the antenna aperture provides the necessary spatial orientation.

Известен также способ обнаружения шумящих объектов в мелком и глубоком море (патент РФ №2653189, МПК G01S 3/80, G01S 15/04, опубликован 07.05.2018 г. бюл. №13), включающий прием шумового сигнала комбинированным приемником, содержащим приемник звукового давления и трехкомпонентный приемник вектора колебательной скорости, при котором выполняют частотно-временной обработку в заданном фиксированном частотном диапазоне принятого шумового сигнала; вычисляют в каждом частотном канале, сформированном в результате частотно-временной обработки принятого шумового сигнала, текущие значения комплексных амплитуд звукового давления, трех компонент вектора колебательной скорости, трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности и трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности в локальной системе координат комбинированного приемника для суммарного процесса сигнал плюс помеха и для помехи отдельно; формируют в каждом частотном канале усредненные за время T1 значения трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса сигнал плюс помеха и для помехи отдельно; формируют в каждом частотном канале усредненные за время T2=10T1 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 сигнал плюс помеха и для помехи отдельно; нормируют все 21 информативный параметр, вычисленных для суммарного процесса сигнал плюс помеха, на соответствующие значения информативных параметров, вычисленные для помехи; вычисляют максимальное отношение сигнал/помеха для одного из 21 информативных параметров и принимают решения об обнаружении путем его сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха.There is also a method of detecting noisy objects in a shallow and deep sea (RF patent No. 2653189, IPC G01S 3/80, G01S 15/04, published on 05/07/2018 bull. No. 13), comprising receiving a noise signal with a combined receiver containing an audio receiver pressure and a three-component receiver of the vibrational velocity vector, at which time-frequency processing is performed in a given fixed frequency range of the received noise signal; in each frequency channel formed as a result of time-frequency processing of the received noise signal, the current values of the complex amplitudes of sound pressure, the three components of the vibrational velocity vector, 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 of the combined receiver are calculated for the total signal plus interference process and for interference separately; form in each frequency channel 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 sound pressure averaged over time T 1 for the total process signal plus interference and for interference separately; form in each frequency channel the complex amplitudes of the zero and first harmonics of the secondary spectrum averaged over time T 2 = 10T 1 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 the total signal plus interference process and for interference separately; all 21 informative parameters calculated for the total signal plus interference process are normalized to the corresponding values of the informative parameters calculated for the interference; calculate the maximum signal-to-noise ratio for one of 21 informative parameters and make decisions about detection by comparing it with a threshold signal-to-noise ratio.

Отличительными существенными признаками этого известного способа являются следующие операции: используют в качестве приемной системы комбинированный приемник, содержащий, кроме приемника звукового давления, трехкомпонентный приемник вектора колебательной скорости; формируют методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов в заданном фиксированном частотном диапазоне в векторных каналах комбинированного приемника; - 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 сигнал плюс помеха;- 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 сигнал плюс помеха; выделяют из текущих значений суммарного случайного процесса сигнал плюс помеха текущие значения помехи; 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; 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; вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал T2=10T1 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 сигнал плюс помеха; вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал Т2=10T1 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; 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; нормируют вычисленные за время Т2=10Т1 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 сигнал плюс помеха 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; 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 T2=10T1 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 гидрофонном 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; принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора 21 информативных параметров.The distinctive essential features of this known method are the following operations: use as a receiving system a combined receiver containing, in addition to a sound pressure receiver, a three-component receiver of the vibrational velocity vector; form a set of frequency channels in a given fixed frequency range in the vector channels of the combined receiver using frequency-time signal processing methods; - 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 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 signal plus interference process - averaged over a predetermined time interval T 1 values of the real component of the three components of the intensity vector, three Symbol Item imaginary vector component and the square of the intensity of the sound pressure for the total signal plus interference process; extracting the signal plus interference from the current values of the total random process, the current interference values; in each frequency channel, calculate the current values of the complex amplitudes of 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 of the intensity vector for the interference; averaging 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; calculate in each frequency channel for a predetermined time interval T 2 = 10T 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 the sound pressure for the total signal plus interference process; calculate in each frequency channel for a predetermined time interval T 2 = 10T 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 the sound pressure for the interference; normalize the square of sound pressure and the 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 square of sound pressure and the components of the complex intensity vector averaged over time T 1 calculated for interference; the current values of the complex amplitudes of the zero and first harmonics of the secondary spectrum calculated for the time T 2 = 10T 1 are normalized 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 squared sound pressure for the total signal plus interference to the corresponding current values of the complex amplitudes of zero and the 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 vector intensity and square of sound pressure for interference; calculate the maximum signal-to-noise ratio from a set of 21 informative parameters, 7 informative parameters for the complex average intensity vector and sound pressure squared averaged over time T 1 and the sound pressure square and 14 informative parameters for complex averaged over time T 2 = 10T 1 complex-normalized values amplitudes of the zero and first harmonics of the secondary spectrum for the complex intensity vector and sound pressure squared; accept as model statistics the interference fields in the hydrophone channel and in the channels of the vibrational velocity vector Gaussian statistics; take as model statistics the interference field in the channels of the intensity vector Laplace statistics; calculating, based on the statistics received, 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; decide on detection 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.

Известный способ является наиболее близким к заявленному изобретению и принят за прототип.The known method is the closest to the claimed invention and adopted as a prototype.

Для данного известного способа обнаружения источника шумового сигнала характерна низкая помехоустойчивость и высокая чувствительность к ложным срабатываниям из-за отсутствия достоверных данных о характеристиках помехи, на основе которых формируются пороговые уровни в устройстве обнаружения, а также применения пороговых энергетических механизмов обнаружения, основанных на вычислении величины не всей энергии сигнала, принимаемого от источника, а лишь отдельных наиболее сильных ее спектральных составляющих.This known method of detecting a noise source is characterized by low noise immunity and high sensitivity to false alarms due to the lack of reliable data on the characteristics of the interference, on the basis of which threshold levels are formed in the detection device, as well as the use of threshold energy detection mechanisms based on the calculation of the value of all the energy of the signal received from the source, but only some of its most powerful spectral components.

Кроме того, для данного способа характерна высокая вероятность ложных срабатываний, которая формируется из-за малого объема объективных данных об источнике, к которым относятся данные о спектральных характеристиках источника, его угловом положении, текущих координатных оценках и их изменении во времени.In addition, this method is characterized by a high probability of false positives, which is formed due to the small amount of objective data about the source, which includes data on the spectral characteristics of the source, its angular position, current coordinate estimates and their change in time.

Задачей заявленного способа является повышение помехоустойчивости и вероятности правильного обнаружения источника широкополосного шума за счет получения и применения значительно более широкого объема объективных данных об источнике, на основе расчета и контроля угловых и спектральных характеристик потока акустической энергии от источника, пространственной фильтрации шумоизлучения источника для выделения информативных частотных каналов, формирования спектральных характеристик и определения углового положения источника на каждой информативной частоте наблюдаемого диапазона частот, определения, контроля во времени и оценки идентичности спектральных характеристик источника шума, а также определение текущего местоположения и параметров движения источника за счет решения задачи обнаружения из двух точек акватории, в которой находится объект обнаружения.The objective of the claimed method is to increase the noise immunity and the probability of correct detection of a source of broadband noise by obtaining and using a much wider amount of objective data about the source, based on the calculation and control of the angular and spectral characteristics of the flow of acoustic energy from the source, spatial filtering of the noise emission of the source to extract informative frequency channels, forming spectral characteristics and determining the angular position of the source for each informative observed th frequency band, determining the time control and evaluation identity of the spectral characteristics of the noise source, and determining a current location and movement of the source parameters by solving the problem of detection of the two points of the waters in which the detection object.

Для решения поставленной задачи в способе обнаружения подводного источника широкополосного шума, включающем прием шумового сигнала комбинированным приемником, содержащим приемник звукового давления и трехкомпонентный приемник вектора колебательной скорости, при котором выполняют частотно-временную обработку принятого сигнала в наблюдаемом диапазоне частот, вычисляют в каждом частотном канале, сформированном в результате частотно-временной обработки принятого шумового сигнала, текущие значения комплексных амплитуд звукового давления и трех компонент вектора колебательной скорости, а также для текущего временного фрагмента принятого сигнала заданной длительности вычисляют в каждом частотном канале средние величины компонент вектора плотности потока энергии и принимают решение об обнаружении источника, прием шумового сигнала выполняют двумя комбинированными приемниками, выставленными в акватории в двух точках с известными координатами, приемники снабжены средствами контроля углового положения их осей, а также устройствами связи, по которым от каждого приемника результаты синхронизированного вычисления для текущего временного фрагмента принятого сигнала средних величин горизонтальных компонент вектора плотности потока энергии в каждом сформированном частотном канале и текущие данные положения осей приемников относительно севера передают в пункт обработки данных, в котором для первого и второго приемников в каждом сформированном частотном канале вычисляют величину горизонтального потока энергии (интенсивность потока) Е(ϖ) и углы β(ϖ) прихода потока по формулам:To solve the problem in a method for detecting an underwater source of broadband noise, including receiving a noise signal with a combined receiver containing a sound pressure receiver and a three-component receiver of the vibrational velocity vector, in which the time-frequency processing of the received signal in the observed frequency range is performed, calculated in each frequency channel, formed as a result of time-frequency processing of the received noise signal, the current values of the complex amplitudes of the sound pressure lasing and three components of the vibrational velocity vector, as well as for the current time fragment of the received signal of a given duration, calculate in each frequency channel the average values of the components of the energy flux density vector and decide on the source detection, the noise signal is received by two combined receivers set in two points with known coordinates, the receivers are equipped with means for monitoring the angular position of their axes, as well as communication devices, according to which from each The results of a synchronized calculation for the current time fragment of the received signal of the average values of the horizontal components of the energy flux density vector component in each generated frequency channel and the current position data of the axes of the receivers relative to the north are transmitted to a data processing point in which for the first and second receivers in each generated frequency channel they are calculated the value of the horizontal energy flow (flow intensity) E (ϖ) and angles β (ϖ) of the flow arrival according to the formulas:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Ix, Iy - средние величины горизонтальных компонент вектора плотности потока энергии;where I x , I y are the average values of the horizontal components of the energy flux density vector;

Figure 00000002
- знак комплексного сопряжения;
Figure 00000002
- a sign of complex pairing;

Figure 00000003
, ϖн, ϖв - нижняя и верхняя частоты наблюдаемого диапазона;
Figure 00000003
, ϖ n , ϖ в - lower and upper frequencies of the observed range;

для каждого приемника суммируют энергии потоков частотных каналов, углы прихода потоков энергии которых группируются в выделенном угловом секторе шириной Δβ, при этом формируют равные горизонтальные угловые секторы шириной Δβ, охватывающие весь горизонт наблюдения 0-360 град, и строят угловое распределение величины потока энергии по всем сформированным угловым секторам Е1(Δβ), Е2(Δβ); в каждом приемнике определяют среднюю секторную величину потока энергии по всем сформированным угловым секторам наблюдения, назначают ее пороговой величиной и выделяют из сформированных угловых секторов доминирующие секторы, в которых величина потока энергии превышает пороговую; для каждого приемника устанавливают информативные частотные каналы, которые формируют энергию в доминирующих угловых секторах, фиксируют спектральные энергетические портреты принятых в доминирующих угловых секторах сигналов по величине потоков энергии информативных частотных каналов, формируют оценки направлений на источник от каждого приемника β1(ϖ), β2(ϖ) в информативных частотных каналах, совпадающих в обоих приемниках; в информативных частотных каналах, совпадающих в обоих приемниках, рассчитывают k оценок текущих координат источника шума xk(t1, ϖ), yk(t1, ϖ) по сформированным парам пеленгов на источник шума:for each receiver, the energies of the fluxes of the frequency channels are summed, the angles of arrival of the fluxes of energy which are grouped in a selected angular sector with a width of Δβ, while forming equal horizontal angular sectors with a width of Δβ, covering the entire observation horizon 0-360 degrees, and build the angular distribution of the magnitude of the energy flux over all formed angular sectors E 1 (Δβ), E 2 (Δβ); in each receiver, the average sector value of the energy flux is determined for all the formed angular sectors of observation, it is assigned a threshold value, and dominant sectors in which the value of the energy flux exceeds the threshold are selected from the formed angular sectors; informative frequency channels are established for each receiver, which generate energy in the dominant angular sectors, the spectral energy portraits of the signals received in the dominant angular sectors are recorded by the magnitude of the energy fluxes of the informative frequency channels, and estimates of the directions to the source from each receiver are β 1 (β), β 2 (ϖ) in informative frequency channels matching in both receivers; in informative frequency channels that coincide in both receivers, k estimates of the current coordinates of the noise source x k (t 1 , ϖ), y k (t 1 , ϖ) are calculated from the generated pairs of bearings to the noise source:

Figure 00000004
Figure 00000004

где k - число совпадающих частотных каналов в массивах ϖ1 и ϖ2,where k is the number of matching frequency channels in arrays ϖ 1 and ϖ 2 ,

xa, ya - координаты второго приемника относительно первого,x a , y a - coordinates of the second receiver relative to the first,

пеленги γ1(ϖ)=δ1-δ1(ϖ) и γ2(ϖ)=δ2-β2(ϖ) определены через углы прихода потоков энергии β1(ϖ), β2(ϖ) и значения положения осей комбинированных приемников относительно севера δ1, δ2; выполняют описанный выше цикл обработки текущего временного фрагмента принятого сигнала и для последующих временных фрагментов той же длительности, но опережающих предыдущие на фиксированный интервал времени Δt=t2-t1, формируют новые спектральные энергетические портреты принятых сигналов и оценки координат источника xk(t2, ϖ), yk(t2, ϖ), xk(t3, ϖ), yk(t3, ϖ)…; по результатам обработки временных фрагментов принятого сигнала проверяют временную устойчивость спектрального портрета сигнала, принятого каждым приемником, сравнивают спектральные энергетические портреты сигналов, принятых первым E1(t1, ϖ), E1(t2, ϖ), E1(t3, ϖ)… и вторым E2(t1, ϖ), E2(t2, ϖ), E2(t3, ϖ)… приемниками, проверяют концентрацию в локальных областях средних значений координатных оценок x(t), y(t) и дисперсии их распределения за время наблюдения, а также контролируют динамику изменения средних значений координатных оценок подбором условийbearings γ 1 (ϖ) = δ 1 -δ 1 (ϖ) and γ 2 (ϖ) = δ 2 -β 2 (ϖ) are determined through the angles of arrival of energy fluxes β 1 (ϖ), β 2 (ϖ) and position values the axes of the combined receivers relative to the north δ 1 , δ 2 ; perform the above-described cycle of processing the current time fragment of the received signal and for subsequent time fragments of the same duration, but ahead of the previous ones for a fixed time interval Δt = t 2 -t 1 , form new spectral energy portraits of the received signals and estimates of the coordinates of the source x k (t 2 , ϖ), y k (t 2 , ϖ), x k (t 3 , ϖ), y k (t 3 , ϖ) ...; according to the results of processing temporary fragments of the received signal, the temporal stability of the spectral portrait of the signal received by each receiver is checked, the spectral energy portraits of the signals received first E 1 (t 1 , ϖ), E 1 (t 2 , ϖ), E 1 (t 3 , ϖ) ... and the second E 2 (t 1 , ϖ), E 2 (t 2 , ϖ), E 2 (t 3 , ϖ) ... receivers, check the concentration in local areas of the average values of the coordinate estimates x (t), y ( t) and variances of their distribution during the observation time, and also control the dynamics of changes in the average values of coordinate estimates by selecting lovy

Figure 00000005
Figure 00000005

где Vx, Vy - параметр траектории движения шумящего объекта, который подбирается с учетом априорных сведений о предполагаемом источнике; анализируют полученные результаты обработки и принимают решение об обнаружении источника широкополосного шума по совокупности данных о временной устойчивости спектральных энергетических портретов, полученных приемниками в течение времени наблюдения, и степени их идентичности в каждом приемнике, концентрации координатных оценок на различных частотах в локальной области, размер которой существенно меньше ее дальности от установленных приемников, а также соответствия временной изменчивости средних значений координатных оценок предполагаемой динамике движения источника, и устанавливают местоположение источника по текущим значениям координатных оценок, а по выбранному параметру траектории движения объекта Vx, Vy вычисляют скорость и направление движения источника.where V x , V y is the parameter of the trajectory of the movement of the noisy object, which is selected taking into account a priori information about the alleged source; analyze the obtained processing results and make a decision on detecting a source of broadband noise from the totality of data on the temporal stability of spectral energy portraits received by the receivers during the observation time, and the degree of their identity in each receiver, the concentration of coordinate estimates at different frequencies in the local region, the size of which is significant less than its distance from the installed receivers, as well as the correspondence of the temporal variability of the average values of the coordinate estimates to the expected dynamics of the source’s movement, and the source’s location is determined by the current values of the coordinate estimates, and the velocity and direction of the source’s movement are calculated by the selected parameter of the object’s trajectory V x , V y .

Именно такая совокупность существенных признаков заявленного способа обнаружения подводного источника широкополосного шума позволяет с помощью двух разнесенных по пространству комбинированных приемников, объединенных средствами связи в общем пункте обработки, осуществить пространственную фильтрацию широкополосного шумового излучения источника из двух точек, выделить спектральные и угловые характеристики потоков энергии, определить массив одинаковых для каждого приемника частот, формирующих предполагаемые угловые секторы нахождения источника, выполнить оценку текущих координат источника на каждой совпадающей частоте, по оценкам углового прихода энергии оценить устойчивость и стабильность спектральных характеристик потенциального источника, полученных каждым приемником, и оценить соответствие временной изменчивости средних значений координатных оценок предполагаемой динамике движения источника, что повышает помехоустойчивость и вероятность правильного обнаружения источника широкополосного шума за счет значительного расширения объема объективных данных об источнике, на основе формирования и контроля угловых и спектральных характеристик потока акустической энергии от него, путем пространственной фильтрации шумоизлучения источника для выделения информативных частотных каналов, формирования спектральных характеристик и определения углового положения источника на каждой информативной частоте наблюдаемого диапазона частот, определения, контроля во времени и оценки идентичности спектральных характеристик источника шума, а также определение текущего местоположения и параметров движения за счет решения задачи обнаружения из различных точек акватории, в которой находится источник шумового излучения.It is this combination of essential features of the claimed method for detecting an underwater source of broadband noise that allows using two spatially combined receivers combined by means of communication at a common processing point to spatial filter the broadband noise radiation of the source from two points, to distinguish the spectral and angular characteristics of energy flows, to determine an array of frequencies identical for each receiver that form the estimated angular sectors source, evaluate the current coordinates of the source at each matching frequency, estimate the stability and stability of the spectral characteristics of the potential source obtained by each receiver using estimates of the angular energy input, and evaluate the correspondence of the temporal variability of the average values of the coordinate estimates to the expected dynamics of the source, which increases the noise immunity and probability correct detection of a source of broadband noise due to a significant expansion in the volume of objective data about the source, based on the formation and control of the angular and spectral characteristics of the acoustic energy flux from it, by spatial filtering of the noise emission of the source to extract informative frequency channels, forming spectral characteristics and determining the angular position of the source at each informative frequency of the observed frequency range, determining and controlling time and assess the identity of the spectral characteristics of the noise source, as well as determining the current location and parameters movement by solving the detection problem from various points in the water area where the noise source is located.

Новизна заявленного способа обнаружения подводного источника широкополосного шума заключается в том, что для расширения объема данных об источнике при решении задачи обнаружения предлагается использование двух разнесенных приемников с известной базой, что позволяет получать оценки координат источника на всех выделенных информативных частотах наблюдаемого диапазона, обнаружение источника основывается на предположении, что его спектральные характеристики слабо меняются в процессе обнаружения, и учета того обстоятельства, что поток энергии от источника концентрируется в определенном угловом секторе, значение которого в течение процесса обнаружения может меняться незначительно и соответствовать предполагаемой динамике движения источника, а координатные оценки, рассчитанные для каждой информативной частоте, группируются в локальной области малых размеров, решение об обнаружении источника широкополосного шума принимается на основе увеличенного времени накопления данных и энергетического накопления по всему информативному частотному диапазону, что позволяет повысить помехоустойчивость приемной системы, увеличение вероятности правильного обнаружения обеспечивается последовательной обработкой ряда временных фрагментов принятого сигнала и совместным анализом ее результатов на временную стабильность спектральных энергетических характеристик источника, оценок его местоположения и характеристик движения.The novelty of the claimed method for detecting an underwater source of broadband noise is that to expand the amount of data about the source when solving the detection problem, it is proposed to use two spaced receivers with a known base, which allows one to obtain estimates of the coordinates of the source at all selected informative frequencies of the observed range, the source detection is based on the assumption that its spectral characteristics change slightly in the process of detection, and taking into account the fact that the flow energy from the source is concentrated in a certain angular sector, the value of which during the detection process may vary slightly and correspond to the expected dynamics of the source’s movement, and the coordinate estimates calculated for each informative frequency are grouped in a local region of small sizes, the decision to detect a source of broadband noise is made on the basis of the increased time of data accumulation and energy accumulation over the entire informative frequency range, which allows ovysit immunity receiving system, increase the probability of correct detection is ensured by sequential treatment with a series of time fragments received signal and joint analysis of the results on the long-term stability of the spectral characteristics of the energy source, estimates its location and motion characteristics.

Структурная схема, поясняющая заявленный способ обнаружения подводного источника широкополосного шума, приведена на чертеже, где обозначены следующие элементы:A structural diagram explaining the claimed method for detecting an underwater source of broadband noise is shown in the drawing, where the following elements are indicated:

- I и II - первая и вторая идентичные приемные системы, содержащие каждая:- I and II - the first and second identical receiving systems, each containing:

1 - комбинированный приемник;1 - combined receiver;

2 - блок расчета спектральных характеристик принятого сигнала с усреднением (быстрое преобразование Фурье, например);2 - unit for calculating the spectral characteristics of the received signal with averaging (fast Fourier transform, for example);

3 - измеритель углового положения осей приемника (в простейшем случае компас);3 - a meter for the angular position of the axes of the receiver (in the simplest case, a compass);

4 - блок передачи системы связи;4 - transmission unit of a communication system;

- III - пункт обработки данных, содержащий:- III - data processing point, containing:

5 - блок приема системы связи;5 - block receiving a communication system;

6 - блок расчета величины и углов прихода потока энергии в каждом частотном канале для каждого приемника;6 - unit for calculating the magnitude and angles of arrival of the energy flux in each frequency channel for each receiver;

7 - блок формирования углового распределения потоков энергии, выделения угловых секторов с высокой величиной энергии потока, фиксации состава и уровня спектральных компонент, формирующих угловые секторы с высокой величиной энергии потока для каждого приемника;7 is a block for generating the angular distribution of energy flows, the allocation of angular sectors with a high value of energy flow, fixing the composition and level of spectral components forming the angular sectors with a high value of energy flow for each receiver;

8 - блок расчета текущих координатных оценок положения подводного источника широкополосного шума;8 is a block calculating the current coordinate estimates of the position of the underwater source of broadband noise;

9 - блок накопления результатов обработки для ряда временных фрагментов принятого сигнала;9 - block accumulation of processing results for a number of time fragments of the received signal;

10 - блок анализа и принятия решений об обнаружении, оценки спектрального состава шумов источника, его местоположения и параметров движения.10 is a block analysis and decision-making on the detection, evaluation of the spectral composition of the noise of the source, its location and motion parameters.

Способ обнаружения подводного источника широкополосного шума осуществляется следующим образом.A method for detecting an underwater source of broadband noise is as follows.

В акватории в двух точках с известными координатами выставляют две приемные системы I и II, которые системой связи связаны с пунктом обработки данных III. В каждой точке акватории акустический сигнал от источника, излучающего неизвестный широкополосный шум, синхронизировано принимают комбинированными приемниками 1, с выхода которых принятый сигнал звукового давления акустического поля и трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости частиц водной среды (компоненты X и Y составляют горизонтальную плоскость) поступает в блок расчета спектральных характеристик 2.In the water area at two points with known coordinates, two receiving systems I and II are set up, which are connected by the communication system to the data processing point III. At each point in the water area, the acoustic signal from a source emitting unknown broadband noise is synchronously received by combined receivers 1, from the output of which the received sound pressure signal of the acoustic field and three orthogonal components of the vector of vibrational velocity of the particles of the aquatic environment (components X and Y make up a horizontal plane) unit for calculating spectral characteristics 2.

В блоках 2 приемных систем формируют для принятого сигнала методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов ϖ, охватывающий весь наблюдаемый частотный диапазон, (с шириной полосы каналов Δf=1 Гц, например), определяют для принятого сигнала методами частотно-временной обработки в каждом частотном канале текущие комплексные значения амплитуд звукового давления и трех компонент вектора колебательной скорости, по которым вычисляют текущую величину трех компонент вектора плотности потока акустической энергии, вычисляют в каждом частотном канале для текущего временного фрагмента принятого сигнала длительностью Т (Т=10 сек, например) по текущим величинам средние величины трех компонент вектора плотности потока акустической энергии, которые наряду с текущими данными блока 3 об угловой ориентации оси векторного приемника относительно севера, передают блоком 4 в пункт обработки данных III, где принимаются блоком 5.In blocks 2 of the receiving systems, a set of frequency channels ϖ covering the entire observed frequency range (with a channel bandwidth Δf = 1 Hz, for example) is formed for the received signal by the methods of time-frequency processing of signals, each is determined by the time-frequency processing methods in each frequency channel, the current complex values of the amplitudes of sound pressure and the three components of the vibrational velocity vector, which calculate the current value of the three components of the acoustic energy flux density vector, in each frequency channel for the current time fragment of the received signal with a duration of T (T = 10 sec, for example) according to current values, the average values of the three components of the acoustic energy flux density vector, which along with the current data of block 3 on the angular orientation of the axis of the vector receiver relative to the north, transmitted by block 4 to the data processing point III, where they are received by block 5.

В блоке 6 пункта обработки для каждого комбинированного приемника приемных систем в каждом сформированном частотном канале для текущего временного фрагмента принятого сигнала длительностью Т вычисляют энергетическую и направленную характеристики горизонтального потока энергии - величину интенсивности Е(ϖ) и углы β(ϖ) прихода потока по формулам:In block 6 of the processing point for each combined receiver of the receiving systems in each generated frequency channel for the current time fragment of the received signal of duration T, the energy and directional characteristics of the horizontal energy flow are calculated - the intensity value E (ϖ) and angles β (ϖ) of the flow arrival according to the formulas:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Ix, Iy - средние значения горизонтальных компонент вектора плотности потока энергии;where I x , I y are the average values of the horizontal components of the energy flux density vector;

* - знак комплексного сопряжения;* - sign of complex conjugation;

Figure 00000003
, ϖн, ϖв - нижняя и верхняя частоты наблюдаемого диапазона;
Figure 00000003
, ϖ n , ϖ в - lower and upper frequencies of the observed range;

В блоке 7 для каждого комбинированного приемника приемных систем для текущего временного фрагмента длительностью Т формируют равные горизонтальные угловые секторы шириной Δβ, охватывающие весь горизонт наблюдения 0-360 град, вычисляют для каждого сформированного углового сектора Δβi; величину его секторной энергии E1(Δβi), Е2(Δβi) - сумма величин интенсивности потоков энергии Е1(ϖ), Е2(ϖ) частотных каналов, имеющих углы β1(ϖ), β2(ϖ) прихода потоков энергии в пределах данного углового сектора, и формируют угловое распределение энергии потоков в горизонтальной плоскости, вычисляют среднюю величину секторной энергии в сформированных угловых секторах и назначают ее пороговой величиной для секторов, из сформированных угловых секторов выделяют доминирующие угловые секторы, в которых величина секторной энергии потока превышает пороговую величину для секторов, устанавливают информативные частотные каналы, которые формируют энергию в доминирующих угловых секторах, фиксируют спектральные энергетические портреты принятых в доминирующих угловых секторах сигналов по величине потоков энергии информативных частотных каналов, формируют оценки направлений на источник от каждого приемника β1(ϖ), β2(ϖ) в информативных частотных каналах, совпадающих в обоих приемниках.In block 7, for each combined receiver of receiving systems for the current time fragment of duration T, equal horizontal angular sectors of width Δβ are formed, covering the entire observation horizon of 0-360 degrees, and for each formed angular sector Δβ i is calculated; the value of its sector energy E 1 (Δβ i ), E 2 (Δβ i ) is the sum of the intensity of the energy fluxes E 1 (ϖ), E 2 (ϖ) of frequency channels having angles β 1 (ϖ), β 2 (ϖ) the arrival of energy flows within a given angular sector, and form the angular distribution of the energy of the flows in the horizontal plane, calculate the average value of the sector energy in the formed angular sectors and assign it a threshold value for the sectors, from the formed corner sectors the dominant angular sectors in which the sector energy flow pre yshaet threshold value for the sectors set informative frequency channels that form the energy in the predominant angular sectors fixed spectral energy portraits taken dominant angular sectors largest energy signal streams informative frequency channels formed assess areas at the source of each receiver β 1 (π) , β 2 (ϖ) in informative frequency channels coinciding in both receivers.

В блоке 8 в информативных частотных каналах, совпадающих в обоих приемниках, рассчитывают k оценок текущих координат источника шума xk(t1, ϖ),

Figure 00000007
по сформированным парам пеленгов на источник шума:In block 8, in the informative frequency channels coinciding in both receivers, k estimates of the current coordinates of the noise source x k (t 1 , ϖ) are calculated,
Figure 00000007
formed pairs of bearings on the noise source:

Figure 00000008
Figure 00000008

где k - число совпадающих частотных каналов в массивах ϖ1 и ϖ2;where k is the number of matching frequency channels in arrays ϖ 1 and ϖ 2 ;

xa, ya - координаты второго приемника относительно первого;x a , y a - coordinates of the second receiver relative to the first;

пеленги γ1(ϖ)=δ1-β1(δϖ) и γ2(ϖ)=δ2-β2(ϖ) определены через угловые приходы энергии β1(ϖ),β2(ϖ) и значения положения осей комбинированных приемников относительно севера δ1, δ2.bearings γ 1 (ϖ) = δ 1 -β 1 (δϖ) and γ 2 (ϖ) = δ 2 -β 2 (ϖ) are determined through the angular energies β 1 (ϖ), β 2 (ϖ) and the values of the axis positions combined receivers relative to the north δ 1 , δ 2 .

В блоке 9 выполняют описанный выше цикл обработки текущего временного фрагмента принятого сигнала и для последующих временных фрагментов той же длительности Т, но опережающих предыдущие на фиксированный интервал времени Δt=t2-t1, формируют новые оценки спектральных портретов и координат источника xk(t2, ϖ), yk(t2, ϖ), xk(t3, ϖ), yk(t3, ϖ)…, по результатам обработки временных фрагментов принятого сигнала: проверяют временную устойчивость спектрального портрета сигнала, принятого каждым приемником; сравнивают спектральные энергетические портреты сигналов, принятых первым E1(t1, ϖ), E1(t2, ϖ), E1(t3, ϖ)… и вторым E2(t1, ϖ), E2(t2, ϖ), E2(t3, ϖ)… приемниками; проверяют концентрацию в локальных областях средних значений координатных оценок x(t), y(t) и дисперсии их распределения за время наблюдения, а также контролируют динамику изменения средних значений координатных оценок подбором условийIn block 9, the above-described processing cycle of the current time fragment of the received signal is performed, and for subsequent time fragments of the same duration T, but ahead of the previous ones for a fixed time interval Δt = t 2 -t 1 , new estimates of spectral portraits and source coordinates x k (t 2 , ϖ), y k (t 2 , ϖ), x k (t 3 , ϖ), y k (t 3 , ϖ) ..., according to the results of processing time fragments of the received signal: check the temporal stability of the spectral portrait of the signal received by each receiver comparing the spectral energy portraits of the signals received by the first E 1 (t 1 , ϖ), E 1 (t 2 , ϖ), E 1 (t 3 , ϖ) ... and the second E 2 (t 1 , ϖ), E 2 (t 2 , ϖ), E 2 (t 3 , ϖ) ... by receivers; they check the concentration in local areas of the average values of the coordinate estimates x (t), y (t) and the variance of their distribution during the observation time, and also control the dynamics of changes in the average values of the coordinate estimates by selecting conditions

Figure 00000009
Figure 00000009

где Vx, Vy - параметр траектории движения шумящего объекта, который подбирается с учетом априорных сведений о предполагаемом источнике;where V x , V y is the parameter of the trajectory of the movement of the noisy object, which is selected taking into account a priori information about the alleged source;

Параметры, вычисленные в циклах обработки временных фрагментов принятого сигнала, поступают в блок 10.The parameters calculated in the processing cycles of the temporary fragments of the received signal are received in block 10.

В блоке 10 анализируют полученные результаты обработки и принимают решение об обнаружении источника широкополосного шума по совокупности данных о временной устойчивости спектральных энергетических портретов, полученных приемниками в течение времени наблюдения, и степени их идентичности в каждом приемнике, концентрации координатных оценок на различных частотах в локальной области, размер которой существенно меньше ее дальности до установленных приемников, а также соответствия временной изменчивости средних значений координатных оценок предполагаемой динамике движения источника, и устанавливают местоположение источника по текущим значениям координатных оценок, а по выбранному параметру траектории движения объекта Vx, Vy вычисляют скорость Vист и направление ϕфист движения источника.In block 10, the obtained processing results are analyzed and a decision is made to detect a source of broadband noise based on the set of data on the temporal stability of spectral energy portraits received by the receivers during the observation time and the degree of their identity in each receiver, concentration of coordinate estimates at different frequencies in the local area, the size of which is significantly less than its range to the installed receivers, as well as the correspondence of the temporal variability of the average values of the coordinate sc Yenok anticipated dynamic motion of the source and the source location set by the current values of the coordinate estimates, and the selected object motion trajectory parameter V x, V y calculated speed V ist and Feast source direction φ of movement.

Claims (8)

Способ обнаружения подводного источника широкополосного шума, включающий прием шумового сигнала комбинированным приемником, содержащим приемник звукового давления и трехкомпонентный приемник вектора колебательной скорости, при котором выполняют частотно-временную обработку принятого сигнала в наблюдаемом диапазоне частот, вычисляют в каждом частотном канале, сформированном в результате частотно-временной обработки принятого шумового сигнала, текущие значения комплексных амплитуд звукового давления и трех компонент вектора колебательной скорости, а также для текущего временного фрагмента принятого сигнала заданной длительности вычисляют в каждом частотном канале средние величины компонент вектора плотности потока энергии и принимают решение об обнаружении источника, отличающийся тем, что прием шумового сигнала выполняют двумя комбинированными приемниками, выставленными в акватории в двух точках с известными координатами, причем приемники снабжены средствами контроля углового положения их осей, а также средствами связи, по которым от каждого приемника результаты синхронизированного вычисления средних значений компонент вектора интенсивности Ix, Iy в каждом выделенном частотном канале и текущие данные положения осей приемников относительно севера передаются в пункт обработки данных, в котором для первого и второго приемников в каждом сформированном частотном канале ϖ вычисляют величину потока энергии Е и углы β прихода горизонтальных потоков энергии по формулам:A method for detecting an underwater source of broadband noise, comprising receiving a noise signal with a combined receiver comprising a sound pressure receiver and a three-component receiver of the vibrational velocity vector, in which the time-frequency processing of the received signal in the observed frequency range is performed, calculated in each frequency channel generated as a result of the frequency time processing of the received noise signal, the current values of the complex amplitudes of the sound pressure and the three components of the pitch vector of the actual speed, as well as for the current time fragment of the received signal of a given duration, average values of the components of the energy flux density vector are calculated in each frequency channel and a decision is made to detect the source, characterized in that the noise signal is received by two combined receivers set at two points in the water area with known coordinates, and the receivers are equipped with means for monitoring the angular position of their axes, as well as communication means, according to which each receiver ultaty synchronized calculation of the average values of the components of the intensity vector I x , I y in each selected frequency channel and the current position data of the axes of the receivers relative to the north are transmitted to the data processing point, in which for the first and second receivers in each generated frequency channel ϖ calculate the energy flux E and angles β of arrival of horizontal energy flows according to the formulas:
Figure 00000010
Figure 00000010
 где Ix, Iy - средние значения горизонтальных компонент потока энергии,
Figure 00000011
- знак комплексного сопряжения ϖ=ϖн…ϖв, ϖн, ϖв - нижняя и верхняя частоты наблюдаемого диапазона, для каждого приемника суммируют энергии различных частот, углы прихода которых группируются в заданном угловом секторе шириной Δβ, при этом весь горизонт наблюдения 0-360 град разделяют на равные горизонтальные угловые секторы шириной Δβ и формируют угловое распределение величины потока энергии по выделенным угловым секторам для каждого приемника Е1(Δβ), Е2(Δβ), в каждом приемнике определяют среднюю величину потока энергии по всем угловым секторам наблюдения, назначают ее пороговой величиной и выделяют из сформированных угловых секторов доминирующие секторы, в которых величина потока энергии превышает пороговую, для каждого приемника устанавливают информативные частоты (частотные каналы) в виде массивов ϖ1, и ϖ2, которыми формируется энергия в доминирующих угловых секторах, фиксируют спектральные энергетические портреты сигналов, принятых в доминирующих угловых секторах, по величине потока энергии Е1(ϖ), Е2(ϖ) на каждой частоте массивов ϖ1, и ϖ2 и формируют оценки направлений на источник от каждого приемника β1(ϖ), β2(ϖ) для совпадающих частотных каналов из массивов ϖ1, и ϖ2, в выделенных частотных каналах для первого и второго приемников рассчитывают k оценок текущих координат источника шума по сформированным парам пеленгов на источник шумаwhere I x , I y are the average values of the horizontal components of the energy flow,
Figure 00000011
- the sign of complex conjugation ϖ = ϖ n ... ϖ c , ϖ n , ϖ c - the lower and upper frequencies of the observed range, for each receiver sum the energies of different frequencies, the arrival angles of which are grouped in a given angular sector of width Δβ, while the entire observation horizon 0 -360 degrees are divided into equal horizontal angular sectors with a width Δβ and form the angular distribution of the energy flux over the selected angular sectors for each receiver E 1 (Δβ), E 2 (Δβ), in each receiver determine the average value of the energy flux over all angular observation sectors, assign it a threshold value and select the dominant sectors from the formed angular sectors in which the energy flux exceeds the threshold, informative frequencies (frequency channels) are set for each receiver in the form of arrays ϖ 1 , and ϖ 2 , which form energy in the dominant angular sectors portraits fixed spectral energy signals received in dominant angular sectors, the magnitude of (π) energy flux E 1, E 2 (π) at each frequency arrays π 1 and π 2 are formed and evaluation nap The pressure on the source of each receiver β 1 (π), β 2 (π) for matching the frequency channels of the arrays π 1 and π 2, in the allocated frequency channels for the first and second receivers calculated k estimates the current coordinates of the noise source according formed pairs of bearings to noise source
Figure 00000012
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000013
 где k - число совпадающих частотных каналов в массивах ϖ1 и ϖ2, xa, ya - координаты второго приемника относительно первого, а пеленги γ1(ϖ)=δ1-β1(ϖ) и γ2(ϖ)=δ2-β2(ϖ) определены через угловые приходы энергии β1(ϖ), β2(ϖ) и значения положения осей комбинированных приемников относительно севера δ1, δ2, выполняют описанный выше цикл обработки текущего временного фрагмента принятого сигнала и для последующих временных фрагментов той же длительности, но опережающих предыдущие на фиксированный интервал времени Δt=t2-t1, формируют новые оценки координат источника xk(t2, ϖ), yk(t2, ϖ), xk(t3, ϖ), yk(t3, ϖ)… и проверяют устойчивость спектральных портретов источника шума, сравнивая спектральные энергетические портреты сигналов, принятых в доминирующих угловых секторах первым E1(t1, ϖ), E1(t2, ϖ), E1(t3, ϖ)… и вторым приемниками E2(t1, ϖ), E2(t2, ϖ), E2(t3, ϖ)…, средние значения координатных оценок x(t), y(t) и дисперсии их распределения за время наблюдения, их концентрацию в локальных областях, динамику изменения средних значений координатных оценок подбором условийwhere k is the number of coincident frequency channels in the arrays ϖ 1 and ϖ 2 , x a , y a are the coordinates of the second receiver relative to the first, and the bearings γ 1 (ϖ) = δ 1 -β 1 (ϖ) and γ 2 (ϖ) = δ 2 -β 2 (ϖ) are determined through the angular energy arrivals β 1 (ϖ), β 2 (ϖ) and the position values of the axes of the combined receivers relative to the north δ 1 , δ 2 , perform the above-described processing cycle of the current time fragment of the received signal and for subsequent fragments of the same time duration but leading past a fixed time interval Δt = t 2 -t 1, form a new CCW evaluation nate source x k (t 2, π), y k (t 2, π), x k (t 3, π), y k (t 3, π) ... and check the stability of the spectral portraits noise source, comparing the spectral energy portraits the signals received in the dominant angular sectors by the first E 1 (t 1 , ϖ), E 1 (t 2 , ϖ), E 1 (t 3 , ϖ) ... and the second receivers E 2 (t 1 , ϖ), E 2 ( t 2 , ϖ), E 2 (t 3 , ϖ) ..., the average values of the coordinate estimates x (t), y (t) and the variances of their distribution during the observation time, their concentration in local areas, the dynamics of the change in the average values of the coordinate estimates by selection conditions
Figure 00000014
,
Figure 00000014
, где Vx, Vy - параметр траектории движения шумящего объекта, который подбирается с учетом априорных сведений о возможном источнике, а затем анализируют данные и принимают решение об обнаружении источника широкополосного шума по совокупности данных о временной устойчивости спектральных энергетических портретов, полученных приемниками в течение времени наблюдения, и степени их идентичности в каждом приемнике, концентрации координатных оценок на различных частотах в локальной области, размер которой существенно меньше ее дальности от установленных приемников, а также соответствия временной изменчивости средних значений координатных оценок предполагаемой динамике движения источника и устанавливают местоположение источника по текущим значениям координатных оценок, а по выбранному параметру Vx, Vy - скорость и направление движения источника.where V x , V y is the parameter of the trajectory of the noise of the object, which is selected taking into account a priori information about a possible source, and then analyze the data and decide on the detection of a broadband noise source from the set of data on the temporal stability of spectral energy portraits received by the receivers over time observations, and the degree of their identity in each receiver, the concentration of coordinate estimates at various frequencies in the local region, the size of which is significantly less than its distance from anovlennyh receivers and corresponds to the time variation of the coordinate values of average estimates estimated dynamics driving source and setting the source location on the current values of the coordinate estimates, and on the selected parameter V x, V y - speed and direction of movement of the source.
RU2019121077A 2019-07-03 2019-07-03 Method for detection of underwater source of broadband noise RU2715431C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121077A RU2715431C1 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Method for detection of underwater source of broadband noise

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121077A RU2715431C1 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Method for detection of underwater source of broadband noise

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715431C1 true RU2715431C1 (en) 2020-02-28

Family

ID=69768101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019121077A RU2715431C1 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Method for detection of underwater source of broadband noise

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715431C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2784699C1 (en) * 2022-03-28 2022-11-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Underwater broadband noise detection device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2298203C2 (en) * 2005-05-03 2007-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Mode of detection of noisy objects in the sea
RU2300118C1 (en) * 2005-08-29 2007-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Mode of detection noisy objects in the sea
US7315488B2 (en) * 2006-06-06 2008-01-01 Raytheon Company Methods and systems for passive range and depth localization
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
RU2653587C1 (en) * 2017-06-07 2018-05-11 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Hydroacoustic system for detection of moving sound source, measurement of azimuth angle of source and horizon of sound source in shallow 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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2298203C2 (en) * 2005-05-03 2007-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Mode of detection of noisy objects in the sea
RU2300118C1 (en) * 2005-08-29 2007-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Mode of detection noisy objects in the sea
US7315488B2 (en) * 2006-06-06 2008-01-01 Raytheon Company Methods and systems for passive range and depth localization
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
RU2653587C1 (en) * 2017-06-07 2018-05-11 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Hydroacoustic system for detection of moving sound source, measurement of azimuth angle of source and horizon of sound source in shallow 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

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787951C1 (en) * 2022-02-07 2023-01-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Method for detecting an underwater broadband noise source
RU2784699C1 (en) * 2022-03-28 2022-11-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Underwater broadband noise detection device
RU2811513C1 (en) * 2023-05-03 2024-01-12 Михаил Юрьевич Глущенко Direction finder of low-frequency noise signals for mobile systems for detecting low-noise underwater objects

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Submarine location estimation via a network of detection-only sensors
RU2653189C1 (en) Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea
RU2300118C1 (en) Mode of detection noisy objects in the sea
RU2653585C1 (en) Method of detecting the noise-producing, moving in the sea objects
RU2602732C1 (en) Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea
RU2590933C1 (en) Device for obtaining information on noisy object in sea
JP2014503818A (en) Earthquake warning system
RU2702917C1 (en) Method of detecting noisy objects in shallow and deep sea
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
RU2488133C1 (en) Hydroacoustic complex to detect moving source of sound, to measure azimuthal angle to source and horizon of source of sound in shallow sea
KR102162284B1 (en) Cloud data processing gnss jamming monitoring method and system
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
RU2537472C1 (en) Hydroacoustic system for detecting submerged moving sound source and measuring coordinates thereof in shallow sea
Park et al. Simulation and ship detection using surface radial current observing compact HF radar
RU2654335C1 (en) Method of detecting noisy objects in sea with combined receiver
RU2715431C1 (en) Method for detection of underwater source of broadband noise
RU103193U1 (en) DEVICE FOR ACOUSTIC DETECTION OF UNDERWATER OBJECTS
RU2699923C1 (en) Method for detection of underwater source of broadband noise
Jin et al. Detection of distributed sources using sensor arrays
RU2549192C1 (en) Target recognition method (versions)
RU2208811C2 (en) Procedure to obtain information on noisy objects in sea
RU2724962C1 (en) Method of determining coordinates of a marine noisy target
RU2514154C1 (en) Method for recognition of false targets caused by self-generated noise of mobile carrier
Bernadó et al. Cluster-based scatterer identification and characterization in vehicular channels