RU2723145C1

RU2723145C1 - Method and device for detecting noisy objects in the sea with onboard antenna

Info

Publication number: RU2723145C1
Application number: RU2019136908A
Authority: RU
Inventors: Ольга Степановна Попова; Алиса Александровна Янпольская
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-06-09

Abstract

FIELD: hydro acoustics.

SUBSTANCE: invention relates to hydroacoustics, technical acoustics and can be used to construct hydroacoustic systems for detecting noisy targets with onboard (or other) antennae with substantially non-identical spatial channel directional characteristics and / or in an anisotropic interference field. Feature of the disclosed detection method is that thresholds required for making a decision on detection of a signal are generated at each processing cycle in each viewing channel, for which the minorant analogue is evaluated for pre-modifier signal-to-noise signal processes, from which the average and root-mean-square deviation of the noise is estimated.

EFFECT: high reliability of automatic detection of signals in detection systems with on-board antenna arrays on a set of formed spatial channels, characteristics of which are not identical, but close, without separate measurement of interference, which enables to operate in real time and without complicating equipment, including in an anisotropic interference field.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустике, технической акустике и может быть использовано для построения гидроакустических систем обнаружения шумящих целей бортовыми (или иными) антеннами с существенно не идентичными характеристиками направленности пространственных каналов в анизотропном поле помех.The invention relates to hydroacoustics, technical acoustics and can be used to build sonar systems for detecting noisy targets by airborne (or other) antennas with substantially different identical directivity characteristics of spatial channels in an anisotropic interference field.

Известны способ и устройство обнаружения, изложенные в монографии [1], которые используются как прототип в большинстве патентов, касающихся обнаружения шумящих морских объектов, в соответствии с которым с помощью антенны и энергетического приемника сигнала можно обнаружить цель в пассивном режиме путем сравнения отношения сигнал/помеха в зоне акустической освещенности с пороговым значением.A known method and device for detection, set forth in the monograph [1], which are used as a prototype in most patents relating to the detection of noisy marine objects, according to which using the antenna and the energy receiver of the signal can detect the target in passive mode by comparing the signal-to-noise ratio in the area of acoustic illumination with a threshold value.

Звуковой сигнал принимают (фактически имеется в виду прием смеси сигнала шумоизлучения и помехи) антенной в системе с многолучевой диаграммой. Широкополосный сигнал с выхода веера горизонтальных пространственных каналов приемной антенны подается на энергетический приемник с заданным временем усреднения и панорамный индикатор, причем используется модуляция яркости луча. Здесь и далее использованный термин «веер пространственных каналов» является обобщающим по отношению к классическому термину «многолучевая диаграмма направленности» [2], когда совокупность смежных пространственных каналов расположена веером с дискретным по углу шагом.An audio signal is received (in fact, it means receiving a mixture of a noise signal and an interference) by an antenna in a system with a multipath diagram. The broadband signal from the output of the fan of the horizontal spatial channels of the receiving antenna is fed to the power receiver with a given averaging time and a panoramic indicator, and beam brightness modulation is used. Hereinafter, the term “fan of spatial channels” used is generalizing with respect to the classical term “multi-beam radiation pattern” [2], when the set of adjacent spatial channels is fan-shaped with a step that is discrete in angle.

Каждая развертка выходов веера на одном цикле обзора воспроизводится на индикаторе как линия, модулированная по яркости или амплитуде. Последующие развертки на циклах обзора смещаются вниз по отношению к предыдущим. Разрешающая ячейка, регистрирующая цель в пространственном канале веера, связана с отметкой, появляющейся на одинаковом расстоянии от края индикатора для каждой развертки.Each scan of the fan outputs on one review cycle is reproduced on the indicator as a line modulated in brightness or amplitude. Subsequent sweeps in the review cycles shift downward relative to the previous ones. The resolution cell that registers the target in the spatial channel of the fan is associated with a mark that appears at the same distance from the edge of the indicator for each sweep.

Решение об обнаружении принимает гидроакустик по всплескам яркости или амплитуды в каждом цикле обзора. Наблюдение в этом случае осуществляется при пороге, когда, например, половина разрешающих ячеек по времени дает на индикаторе отметки помехи, а отметка «сигнал плюс помеха» появляется в той ячейке пространственного канала, к которой он принадлежит, приблизительно три четверти общего времени всех циклов обзора [1].The decision to detect is made by sonar by bursts of brightness or amplitude in each review cycle. In this case, observation is carried out at a threshold when, for example, half of the resolution time resolving cells give interference marks on the indicator, and the signal plus interference mark appears in the cell of the spatial channel to which it belongs, approximately three quarters of the total time of all review cycles [1].

Этот способ обнаружения содержит следующие операции:This detection method contains the following operations:

- прием гидроакустического шумового сигнала с помощью приемной антенны с развитой апертурой в горизонтальной плоскости,- receiving a hydroacoustic noise signal using a receiving antenna with a developed aperture in the horizontal plane,

- частотно-временную обработку принятых шумовых сигналов для каждого пространственного канала наблюдения в горизонтальной плоскости, включающую квадрирование и усреднение в полосе частот,- time-frequency processing of received noise signals for each spatial observation channel in the horizontal plane, including squaring and averaging in the frequency band,

- измерение уровня на выходе пространственного канала веера, включая накопление во времени, центрирование и нормирование в единицах отношения сигнал/помеха,- measuring the level at the output of the spatial channel of the fan, including the accumulation in time, centering and normalization in units of the signal / noise ratio,

- развертывание на последовательных циклах обзора принятых сигналов пространственных каналов веера в горизонтальной плоскости на панорамном индикаторе в координатах угол - время. Обнаружение при этом на одном цикле обзора осуществляется оператором сравнением уровней процесса по соседним направлениям.- deployment on successive review cycles of the received signals of the spatial channels of the fan in the horizontal plane on a panoramic indicator in the coordinates of the angle - time. In this case, detection on a single review cycle is carried out by the operator by comparing the process levels in neighboring directions.

Выход в текущий момент времени всех пространственных каналов (ПК) после детектирования и накопления по времени далее называется прединдикаторным процессом (ПИП).The output at the current moment of time of all spatial channels (PC) after detection and accumulation in time is hereinafter referred to as the pre-indicator process (PIP).

Рассмотренный способ может быть реализован с помощью устройства обнаружения гидроакустических сигналов, структурная схема которого приведена в [3, стр. 53]. Устройство для обнаружения сигналов содержит последовательно соединенные акустическую приемную антенну, блок предварительной обработки гидроакустической информации (включающий усиление, фильтрацию и аналого-цифровое преобразование), блок пространственной обработки сигналов - систему формирования веера пространственных каналов, блок частотно-временной обработки, включающий квадратичное детектирование и интегрирование процессов на выходе блока пространственной обработки, блок принятия решения о наличии сигнала - пороговое устройство, индикаторное устройство. Это устройство является ближайшим аналогом заявляемого.The considered method can be implemented using a device for the detection of hydroacoustic signals, a structural diagram of which is given in [3, p. 53]. A device for detecting signals contains a serially connected acoustic receiving antenna, a unit for preliminary processing of hydroacoustic information (including amplification, filtering, and analog-to-digital conversion), a block for spatial processing of signals — a system for generating a fan of spatial channels, a unit for time-frequency processing, including quadratic detection and integration processes at the output of the spatial processing unit, the decision block on the presence of a signal is a threshold device, an indicator device. This device is the closest analogue of the claimed.

Способ и устройство хорошо работают в однородной среде и в условиях, когда можно пренебречь влиянием условий распространения звука. В реальном море в акустическом поле, неоднородном и анизотропном, алгоритм показал неудовлетворительную работу, давал большое количество ложных сигналов - отметок помехи и неустойчиво обнаруживал слабые полезные сигналы.The method and device work well in a homogeneous environment and in conditions where the influence of sound propagation conditions can be neglected. In a real sea, in an acoustic field, inhomogeneous and anisotropic, the algorithm showed unsatisfactory performance, gave a large number of false signals - noise marks, and unstable detected weak useful signals.

При создании автоматических обнаружителей возможны два независимых подхода к улучшению качества обнаружения шумящих объектов:When creating automatic detectors, two independent approaches are possible to improve the quality of detection of noisy objects:

- улучшение качества обнаружения для одного цикла развертки (одноактное обнаружение);- Improving the quality of detection for one sweep cycle (one-act detection);

- увеличение фактического времени накопления за счет накопления во времени текущей информации о сигнале, что позволяет с большей достоверностью определить наличие сигнала цели и длительно поддерживать акустический контакт с целью.- an increase in the actual accumulation time due to the accumulation in time of current information about the signal, which makes it possible to more accurately determine the presence of the target signal and to maintain acoustic contact with the target for a long time.

Второй подход при использовании автоматического одноактного обнаружения использован в [4]: на каждом цикле обзора для каждого канала наблюдения в горизонтальной плоскости центрируют и нормируют сигналы к помехе, осуществляют наблюдение отметок принятых шумовых сигналов всей совокупности пространственных каналов в горизонтальной плоскости и принимают решение о его обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха, в процессе приема осуществляют накопление энергии сигнала на нескольких циклах обзора за счет сопровождения информационных параметров шумового сигнала.The second approach, when using automatic one-act detection, was used in [4]: for each observation channel in the horizontal plane, the interference signals are centered and normalized, the marks of the received noise signals of the entire set of spatial channels in the horizontal plane are monitored and a decision is made to detect it by comparing with the threshold value of the signal / noise ratio, during the reception, the energy of the signal is accumulated over several review cycles due to the tracking of the information parameters of the noise signal.

Способ хорошо зарекомендовал себя при приеме сигналов осесимметричными антеннами, характеристики которых не зависят от направления обзора, и при приеме сигналов в небольшом диапазоне углов. Однако, при использовании антенн иных форм, характеристики направленности которых в различных направлениях наблюдения не идентичны, а сектор обзора достаточно широкий, потеря возможности обнаружения сигнала цели происходит уже на первом этапе - при одноактном обнаружении, поскольку контрастность отметки слабого сигнала на фоне даже небольшой анизотропии помех снижается, и сигнал не обнаруживается. Кроме того, при приеме реальных сигналов не гарантируется отсутствие сосредоточенных источников помехи, также снижающих контрастность сигнала, принимаемого на фоне их бокового анизотропного поля.The method has proven itself in the reception of signals by axisymmetric antennas, the characteristics of which do not depend on the viewing direction, and when receiving signals in a small range of angles. However, when using antennas of other shapes, the directional characteristics of which in different directions of observation are not identical, and the field of view is wide enough, the loss of the possibility of detecting a target signal occurs already at the first stage - with one-step detection, since the contrast of the mark of a weak signal against the background of even a small interference anisotropy decreases and no signal is detected. In addition, the reception of real signals does not guarantee the absence of concentrated sources of interference, which also reduce the contrast of the signal received against the background of their lateral anisotropic field.

Для подобных обнаружителей необходима оценка характеристик помехи и сигнала, и отношение сигнал/помеха является одним из основных параметров, на основе которых реализуются алгоритмы обнаружения, определяется помехоустойчивость систем обнаружения и их основные характеристики, такие как вероятность правильного обнаружения и вероятность ложной тревоги.Such detectors need to evaluate the characteristics of interference and signal, and the signal-to-noise ratio is one of the main parameters on the basis of which detection algorithms are implemented, the noise immunity of detection systems and their main characteristics, such as the probability of correct detection and the probability of false alarm, are determined.

В [5, стр. 24-33] описаны наиболее распространенный способ и соответствующее ему устройство оценки уровня помехи и отношения сигнал/помеха, при котором в каждом канале обнаружения производится измерение энергии смеси сигнала с помехой и отдельно энергии помехи, после чего определяется искомое отношение сигнал/помеха на выходе системы после обработки суммарного процесса. В [6] для увеличения дальности действия системы шумопеленгования предложен аналогичный способ оценки уровня помехи и отношения сигнал/помеха для сформированных пространственных каналов для вертикальной антенной решетки.In [5, p. 24-33], the most common method and its corresponding device for estimating the level of interference and the signal-to-noise ratio are described, in which the energy of the mixture of the signal with interference and separately the interference energy is measured in each detection channel, after which the desired ratio is determined signal / interference at the system output after processing the total process. In [6], to increase the range of the noise-detecting system, a similar method was proposed for estimating the level of interference and the signal-to-noise ratio for the formed spatial channels for a vertical antenna array.

Недостатком этих способов является необходимость измерения как энергии принятого на фоне помехи сигнала, так и отдельно энергии помехи, что до обнаружения сигнала шумоизлучения подводных и надводных объектов в реальных условиях практически невозможно. Общим недостатком методов, использующих при обнаружении отношение сигнал/помеха, также является необходимость оценивать уровень сигнала как разность между уровнем прединдикаторного процесса, полученного для смеси сигнала и помехи, и уровнем прединдикаторного процесса в ситуации отсутствия сигнала (оценка энергии помехи), а при несинхронных измерениях этих величин появляются дополнительные ошибки, определяемые случайным характером и временной нестационарностью как помехи, так и сигнала. Кроме того, в этом случае появляется нелинейная операция - деление на уровень помехи, которая также может приводить к дополнительным ошибкам оценивания отношения сигнал/помеха, и, как следствие, к потере контакта с целью.The disadvantage of these methods is the need to measure both the energy of the signal received against the background of interference, and separately the interference energy, which is practically impossible before real-time detection of the noise signal of underwater and surface objects. A common drawback of the methods that use the signal-to-noise ratio for detection is the need to evaluate the signal level as the difference between the level of the pre-indicator process obtained for the signal-noise mixture and the level of the pre-indicator process in the absence of a signal (estimation of interference energy), and for non-synchronous measurements of these quantities, additional errors appear, determined by the random nature and temporary unsteadiness of both the noise and the signal. In addition, in this case, a nonlinear operation appears - dividing by the interference level, which can also lead to additional errors in estimating the signal / noise ratio, and, as a result, to the loss of contact with the target.

Указанных недостатков частично лишен принятый за прототип способ обнаружения, изложенный в работе [7, стр. 62-67], основанный на сравнении решающей статистики - значений прединдикаторного процесса в каждом сформированном пространственном канале наблюдения - с рассчитываемым для этого канала порогом обнаружения:These shortcomings are partially deprived of the detection method adopted for the prototype described in [7, p. 62-67], based on a comparison of the decisive statistics — the values of the pre-indicator process in each generated spatial observation channel — with the detection threshold calculated for this channel:

h=m₀+σ₀Ф^-1(1-Р_ЛТ)=m₀+kσ₀,h = m ₀ + σ ₀ Ф ^-1 (1-Р _ЛТ ) = m ₀ + kσ ₀ ,

где h - порог обнаружения, m₀ и σ₀ - математические ожидания и дисперсии предындикаторного процесса в ситуации отсутствия сигнала,

- функция распределения гауссовского распределения, Ф^-1 - обозначение для обратной к Ф функции (такой, что Ф(Ф^-1(x))=x), Р_ЛТ - заданная вероятность ложной тревоги, k=Ф^-1(1-Р_ЛТ) - константа, зависящая от величины вероятности ложных тревог.where h is the detection threshold, m ₀ and σ ₀ are the mathematical expectations and variances of the pre-indicator process in the absence of a signal,

is the distribution function of the Gaussian distribution, Ф ^-1 is the designation for the function inverse to Ф (such that Ф (Ф ^-1 (x)) = x), Р _ЛТ is the given probability of false alarm, k = Ф ^-1 (1-Р _LT ) is a constant depending on the magnitude of the probability of false alarms.

Недостатком данного способа обнаружения сигналов является то, что он сформулирован для одного пространственного канала наблюдения, и его использование в многоканальной системе требует корректных оценок помехи - ее среднего и дисперсии в каждом таком канале.The disadvantage of this method of signal detection is that it is formulated for one spatial observation channel, and its use in a multi-channel system requires correct estimates of the interference — its average and variance in each such channel.

Различные способы оценки отношения сигнал/помеха [5, 6], содержащие оценку помехи, требуют либо существенного усложнения аппаратуры, либо хорошо работают только в условиях изотропного поля помех, либо вообще не реализуемы в реальных условиях. В связи с этим при построении тракта обнаружения в системе с бортовой антенной с существенно неидентичными характеристиками сформированных каналов возникла необходимость получения корректных оценок помехи для сложных помехосигнальных ситуаций в условиях анизотропного поля помех.Various methods for estimating the signal-to-noise ratio [5, 6], which contain an estimate of the interference, require either a significant complication of the equipment, either work well only in the conditions of an isotropic noise field, or are not feasible at all in real conditions. In this regard, when constructing the detection path in a system with an on-board antenna with substantially non-identical characteristics of the formed channels, it became necessary to obtain correct interference estimates for complex noise-signal situations under the conditions of an anisotropic interference field.

Задачей изобретения является автоматическое (без участия оператора) одноактное обнаружение акустических сигналов, принимаемых бортовой антенной с существенно неидентичными характеристиками пространственных каналов на фоне анизотропных нестационарных помех в режиме реального времени без отдельного измерения помехи для выработки порога обнаружения.The objective of the invention is the automatic (without operator intervention) one-way detection of acoustic signals received by an onboard antenna with substantially non-identical characteristics of spatial channels against the background of anisotropic non-stationary interference in real time without a separate interference measurement to generate a detection threshold.

Технический результат заключается в достижении следующих эффектов: повышение достоверности обнаружения сигналов, уменьшение вероятности пропуска «слабых» сигналов, обеспечение заданного уровня вероятности ложных тревог, упрощение аппаратуры обработки, возможность функционирования обнаружителя в автоматическом режиме в системах обнаружения с бортовыми антенными решетками, характеристики которых не идентичны, но близки, без отдельного измерения уровня помех, что позволяет работать в режиме реального времени, в том числе при анизотропном поле помех.The technical result consists in achieving the following effects: increasing the reliability of detection of signals, reducing the probability of missing “weak” signals, providing a given level of probability of false alarms, simplifying the processing equipment, the possibility of the detector working in automatic mode in detection systems with on-board antenna arrays, the characteristics of which are not identical but close, without a separate measurement of the noise level, which allows you to work in real time, including with an anisotropic noise field.

Для обеспечения указанного технического результата в способ обнаружения шумящих в море объектов бортовой антенной, включающий прием первичного поля шумоизлучения объектов статическим веером характеристик направленности, частотно-временную обработку в каждом пространственном канале наблюдения, квадрирование и усреднение в полосе обработки частот ΔF и по времени на интервале длительности Т, получая тем самым массив оценок энергии смеси сигнала с помехой по множеству сформированных пространственных каналов

(где I – число пространственных каналов наблюдения в статическом веере) и принятие решения об обнаружении путем сравнения с пороговым значением, введены новые признаки, а именно: осуществляют разбиение массива U на N непересекающихся групп, в каждой группе с номером n находят минимум P_n массива U и его местоположение S_n, находят массив миноранты W_i как массив, заполненный значениями результата кусочно-линейной интерполяции между найденными точками минимумов входной развертки, выбираемых в точках расположения исходных ПК, выполняют эти операции Q раз (Q≥3) для разных значений N, определяют в каждом пространственном канале минимум по Q минорантам и строят по ним новый массив обобщенной миноранты

формируют массив

умножая значения М на константу, зависящую от полосы обработки частот ΔF и времени накопления Т массива U, порог обнаружения в каждом пространственном канале рассчитывают по формуле

- константа, зависящая от требуемой величины вероятности ложных тревог, Ф^-1 - обозначение функции, обратной к функции распределения гауссовского распределения

а решение об обнаружении принимают, сравнивая значения U_i с порогом

в каждом пространственном канале (здесь и далее в соответствии с общепринятыми обозначениями жирным шрифтом обозначены массивы).To ensure the specified technical result, a method for detecting objects that are noisy in the sea with an onboard antenna, including receiving the primary noise field of objects with a static fan of directivity characteristics, time-frequency processing in each spatial observation channel, squaring and averaging in the frequency processing band ΔF and over time for the duration interval T, thereby obtaining an array of estimates of the energy of the signal mixture with interference over the set of generated spatial channels

(where I is the number of spatial observation channels in a static fan) and the decision to detect by comparing with a threshold value, new features have been introduced, namely: the array U is divided into N disjoint groups, in each group n there is a minimum P _{n of the} array U and its location S _n , find the array of minorants W _i as an array filled with the values of the result of piecewise linear interpolation between the found minimum points of the input sweep selected at the locations of the source PCs, perform these operations Q times (Q≥3) for different values of N , determine in each spatial channel a minimum of Q minorants and construct a new array of generalized minorants from them

form an array

multiplying the values of M by a constant depending on the frequency processing band ΔF and the accumulation time T of the array U , the detection threshold in each spatial channel is calculated by the formula

- a constant depending on the required value of the probability of false alarms, Ф ^-1 - designation of the function inverse to the distribution function of the Gaussian distribution

and the decision to detect is made by comparing the values of U _i with a threshold

in each spatial channel (hereinafter, in accordance with generally accepted notation, arrays are indicated in bold).

При наличии в секторе обзора двух и более сигналов наилучший результат достигается при введении в указанный выше способ дополнительных операций: по каждой из Q минорант производят проверку всех найденных минимумов на наличие ложных, вызванных близким соседством пары сильных сигналов. Это осуществляется поиском и исключением таких минимумов, которые превышают соседние (слева и (или) справа) на величину больше

где const_δ - величина, выбираемая из априорных предположений о характере анизотропии поля помех.If there are two or more signals in the survey sector, the best result is achieved by introducing additional operations into the above method: for each of Q, the minorant checks all found minima for the presence of false minima caused by the close proximity of a pair of strong signals. This is done by searching for and eliminating such minima that exceed the neighboring ones (left and (or) right) by an amount greater than

where const _δ is a value chosen from a priori assumptions about the nature of the anisotropy of the noise field.

Заявленный технический результат будет достигнут, если в устройство обнаружения шумящих в море объектов, содержащее последовательно соединенные многоэлементную акустическую приемную антенну шумопеленгования, блок предварительной обработки гидроакустической информации, блок формирования веера пространственных каналов, блок формирования прединдикаторного процесса (ПИП), блок принятия решения - пороговое устройство, ввести дополнительно следующие блоки: спецпроцессор, который для трех различных разбиений множества всех ПК на непересекающиеся группы содержит три блока формирования массивов миноранты, каждый в виде ветки последовательно соединенных блоков: блока нахождения минимумов ПИП, блока отбраковки ложных минимумов и блока линейной интерполяции для формирования миноранты для всех ПК при данном разбиении на группы, при этом вход каждого блока нахождения минимумов ПИП соединен с соответствующим выходом блока формирования ПИП, также спецпроцессор содержит последовательно соединенные блок формирования обобщенной миноранты и блок оценки среднего и среднеквадратического отклонения (СКО) уровня помехи и выработки порога обнаружения в каждом пространственном канале; при этом выход каждого из блоков формирования массивов миноранты соединен с соответствующим входом блока формирования обобщенной миноранты, а выход блока оценки среднего и СКО уровня помехи и выработки порога обнаружения, соединен с первым входом блока принятия решения об обнаружении - порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом блока формирования ПИП.The claimed technical result will be achieved if the device for detecting noisy objects at sea containing a multi-element acoustic receiving antenna for noise detection, a unit for preliminary processing of hydroacoustic information, a unit for forming a fan of spatial channels, a unit for forming a pre-indicator process (PIP), a decision unit is a threshold device , additionally introduce the following blocks: a special processor, which for three different partitions of the set of all PCs into disjoint groups contains three blocks of formation of minorant arrays, each in the form of a branch of series-connected blocks: a block for finding PIP minima, a block for rejecting false minima and a linear interpolation block for forming minorants for all PCs with this partition into groups, while the input of each block for finding the minimums of the PIP is connected to the corresponding output of the block for forming the PIP, the special processor also contains a series-connected block the formation of a generalized minorant and a unit for estimating the mean and standard deviation (RMS) of the interference level and generating a detection threshold in each spatial channel; the output of each of the blocks of formation of arrays of minorants is connected to the corresponding input of the block of formation of generalized minorants, and the output of the block for estimating the average and standard deviations of the interference level and generating a detection threshold is connected to the first input of the decision-making unit about detection - a threshold device, the second input of which is connected to the output of the block formation PIP.

Предлагаемый способ и устройство обнаружения основаны на априорных предположениях о характере помехи. Прединдикаторные процессы являются результатом накопления по времени на интервале длительностью Т (сек) и по полосе ΔF квадратов гауссовских комплексных случайных величин, чье нормированное распределение подчиняется закону

(хи-квадрат с двумя степенями свободы) со средним, совпадающим с дисперсией. Полагая помеху на интервале Т стационарной с равномерным спектром, после накопления в полосе и по времени постоянная составляющая помехи

и ее среднеквадратическое отклонение

связаны соотношением

The proposed method and device for detection are based on a priori assumptions about the nature of the interference. Predictor processes are the result of accumulation over time over an interval of duration T (sec) and over a strip ΔF of squares of Gaussian complex random variables whose normalized distribution obeys the law

(chi-square with two degrees of freedom) with the average coinciding with the dispersion. Assuming interference in the interval T stationary with a uniform spectrum, after the accumulation in the band and over time, the constant component of the interference

and its standard deviation

are related by

При большом числе пространственных каналов, изотропном поле помех, большом времени накопления и широкой полосе обработки, так что

и, следовательно, при поэлементном сравнении Е>>δ, минимумы прединдикаторных процессов (миноранта) после усреднения могут рассматриваться как приближенная оценка Е. ЕслиWith a large number of spatial channels, an isotropic noise field, a large accumulation time and a wide processing band, so

and, therefore, in the elementwise comparison of E >> δ , the minima of the pre-indicator processes (minorant) after averaging can be considered as an approximate estimate of E. If

где Ω - множество номеров пространственных каналов, по которым ищется минимум/максимум массива Е, то, распространяя этот подход на анизотропное поле помех, и пренебрегая на некотором подмножестве соседних ПК анизотропией, можно рассматривать минимум как оценку среднего на этом подмножестве. Для оценки анизотропного поля помех для остальных пространственных каналов, не совпадающих с точками минимумов, используется линейная интерполяция.where Ω is the set of spatial channel numbers by which the minimum / maximum of array E is sought, then, extending this approach to the anisotropic noise field, and neglecting anisotropy on a certain subset of neighboring PCs, we can consider the minimum as an estimate of the average on this subset. To estimate the anisotropic interference field for the remaining spatial channels that do not coincide with the minimum points, linear interpolation is used.

Таким образом, заранее производится разбиение множества всех ПК на N непересекающихся подмножеств (групп), с формированием массивов, элементы которых определяют размер групп для вычисления миноранты. Размер группы выбирается с учетом ширины характеристики направленности (ХН): ширина сектора, образованного осями крайних ПК, входящих в группу, должна быть больше ширины главного лепестка ХН, так как в ситуации наличия в некоторых каналах сигнала при оценивании уровня помехи необходимо обеспечить отсутствие минимумов, принадлежащим сигнальным участкам. Следует учесть, что если для круговых цилиндрических антенн размер группы - величина постоянная, то для бортовых и протяженных антенн она существенно зависит от отклонения ПК от нормали к антенне и должна определяться отдельно для каждой конфигурации антенны. Указанный технический результат достигается за счет одновременного (синхронного) анализа энергий суммарного процесса по множеству сформированных пространственных каналов, часть из которых содержит только помеху (возможно, анизотропную по пространству), и связи вероятностных характеристик (среднего и дисперсии) энергии процессов на выходе сформированных пространственных каналов с учетом большого интервала накопления по времени и по полосе частот.Thus, the set of all PCs is partitioned into N disjoint subsets (groups) in advance, with the formation of arrays, the elements of which determine the size of the groups for calculating the minorants. The size of the group is selected taking into account the width of the directivity characteristic (XI): the width of the sector formed by the axes of the outermost PCs included in the group should be greater than the width of the main lobe of the XI, since in the presence of signal in some channels when estimating the interference level, it is necessary to ensure that there are no minima, belonging to signal sections. It should be noted that if the group size for circular cylindrical antennas is a constant value, then for onboard and extended antennas it depends significantly on the deviation of the PC from the normal to the antenna and must be determined separately for each antenna configuration. The specified technical result is achieved due to the simultaneous (synchronous) analysis of the energies of the total process for the set of generated spatial channels, some of which contain only interference (possibly anisotropic in space), and the connection of the probability characteristics (average and dispersion) of the energy of the processes at the output of the formed spatial channels given the large accumulation interval in time and in the frequency band.

В качестве оценки среднего значения помехи может приниматься увеличенная миноранта

где Const_EX - величина, лежащая в пределах (1-1,3), а оценка СКО помехи в каждом канале определяется как

Диапазон значений константы Const_EX определяется тем, что элементы массива миноранты М, будучи случайными величинами, могут отличаться от нужной оценки среднего значения помехи на величину до 3⋅СКО, соответственно значения смещения могут лежать в диапазоне (1-1,3)⋅СКО с известными для нормального закона вероятностями. На практике выбор значения Const_EX определяется критериями предпочтительности вероятности пропуска сигнала или ложной тревоги (соответственно несколько завышенный или заниженный порог).An increased minorant may be taken as an estimate of the mean value of the interference.

where Const _EX is a value lying in the range (1-1.3), and the estimate of the standard deviation of interference in each channel is defined as

The range of values of the constant Const _EX is determined by the fact that the elements of the array of minorants M , being random values, can differ from the desired estimate of the average value of the interference by up to 3⋅SCO, respectively, the offset values can lie in the range (1-1.3) ⋅SCO with known probabilities for the normal law. In practice, the choice of the value of Const _EX is determined by the preference criteria for the probability of skipping a signal or a false alarm (respectively, a somewhat high or low threshold).

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-3, где фиг. 1 - блок-схема реализации предложенного устройства в системе с бортовой антенной при трех различных наборах групп (число наборов Q=3 - выбрано для простоты и наглядности схемы), фиг. 2-3 - результат применения способа оценки уровня помехи при многоканальном обнаружении при наличии в секторе обзора приемной системы двух сильных сигналов на фоне анизотропной распределенной помехи.The invention is illustrated in FIG. 1-3, where FIG. 1 is a block diagram of the implementation of the proposed device in a system with an on-board antenna for three different sets of groups (the number of sets Q = 3 is selected for simplicity and clarity of the scheme), FIG. 2-3 - the result of applying the method of estimating the level of interference during multichannel detection in the presence of two strong signals in the field of view of the receiving system against the background of anisotropic distributed interference.

Устройство, реализующее предлагаемый способ обнаружения сигналов, приведено на фиг. 1 и содержит следующие блоки:A device implementing the proposed method for detecting signals is shown in FIG. 1 and contains the following blocks:

- многоэлементную антенну 1 с существенно неидентичными характеристиками направленности пространственных каналов, например, бортовую, выходы которой соединены со входами блока 2 - блока предварительной обработки гидроакустической информации, выходы которого соединены со входами блока 3 - блока формирования веера пространственных каналов в горизонтальной (и возможно, в вертикальной) плоскости; выходы блока 3 поступают в блок 4 - блок формирования прединдикаторного массива U={U_i}, выход которого соединен с входами блоков 6, 7 и 8 спецпроцессора 5 - блоки формирования трех массивов минорант для трех различных вариантов разбиения массива U на группы, в каждом из блоков 6, 7 и 8 независимо выполняется последовательно одна и та же цепочка действий, но для различных заранее заданных разбиений массива U на группы: блоки 6.1, 7.1 и 8.1 - блоки нахождения минимумов массива U в непересекающихся группах каналов, блоки 6.2, 7.2 и 8.2 - блоки отбраковки так называемых ложных минимумов, вызванных близким соседством пары сильных сигналов, и не связанных с уровнем помехи в данном ПК, блоки 6.3, 7.3 и 8.3 - блоки формирования массивов миноранты, выходы которых поступают в блок 9; последовательно соединенные блок 9 - блок формирования массива обобщенной миноранты; блок 10 - блок оценивания среднего и СКО помехи и выработки порога обнаружения; блок 11 - блок принятия решения об обнаружении сигнала при превышении прединдикаторным процессом порогового значения, на второй вход которого поступает выход блока 4.- a multi-element antenna 1 with substantially non-identical directivity characteristics of spatial channels, for example, an onboard one, the outputs of which are connected to the inputs of block 2 - a unit for preliminary processing of hydroacoustic information, the outputs of which are connected to the inputs of block 3 - a block for forming a fan of spatial channels in horizontal (and, possibly, vertical) plane; the outputs of block 3 go to block 4 - the block for the formation of the pre-indicator array U = {U _i }, the output of which is connected to the inputs of blocks 6 , 7 and 8 of the special processor 5 - blocks for the formation of three arrays of minorant for three different options for splitting the array U into groups, in each from blocks 6 , 7, and 8 , the same chain of actions is independently performed sequentially, but for various predefined partitions of the array U into groups: blocks 6.1 , 7.1, and 8.1 are blocks for finding the minima of the array U in disjoint channel groups, blocks 6.2 , 7.2, and 8.2 - blocks rejecting the so-called false minima caused by the close proximity of a pair of strong signals, and not related to the level of interference in this PC, blocks 6.3 , 7.3 and 8.3 - blocks of formation of arrays of minorants, the outputs of which are sent to block 9 ; series-connected block 9 — block for forming an array of generalized minorants; block 10 is a block for estimating the average and standard deviation of interference and the development of a detection threshold; block 11 is a decision-making block on detecting a signal when the pre-indicator process exceeds a threshold value, the second input of which receives the output of block 4 .

На фиг. 2: в координатах направление (в градусах) - уровень процесса (в условных единицах) изображены: 12 - прединдикаторный массив U с выхода блока 4 при наличии на входе антенны 1 двух сильных сигналов, принимаемых на фоне анизотропной по пространству помехи, 13 - локальный максимум предындикаторного процесса, соответствующий первому сигналу, 14 - локальный максимум предындикаторного процесса, соответствующий второму сигналу, 15 - оценка анизотропной составляющей помехи - миноранта с минимальным размером групп (фиг. 2а - число групп N=26), 16 - миноранта для групп среднего размера (фиг. 2б - число групп N=20), 17 - миноранта с самым большим размером групп (фиг. 2в - N=15), 18 - обобщенная миноранта (фиг. 2г), 19 - порог обнаружения в каждом канале обзора, построенный по предлагаемому способу, а также 20 и 21 - локальные максимумы массива U, не превысившие порога обнаружения.In FIG. 2: in coordinates, the direction (in degrees) is the level of the process (in arbitrary units): 12 is the pre-indicator array U from the output of block 4 if there are two strong signals at the input of antenna 1 against a background of anisotropic spatial interference, 13 is the local maximum of the pre-indicator process corresponding to the first signal, 14 is the local maximum of the pre-indicator process corresponding to the second signal, 15 is the estimate of the anisotropic component of the interference - the minorant with the minimum group size (Fig. 2a - the number of groups N = 26), 16 - the minorant for medium-sized groups ( Fig. 2b - the number of groups N = 20), 17 - the minorant with the largest group size (Fig. 2c - N = 15), 18 - the generalized minorant (Fig. 2d), 19 - the detection threshold in each viewing channel, constructed by the proposed method, as well as 20 and 21 - local maxima of the array U , not exceeding the detection threshold.

На фиг. 3: в координатах направление (в градусах) - уровень процесса (в условных единицах) изображены: 22 - исходный прединдикаторный массив U при наличии на входе антенны 1 двух сильных сигналов с близких направлений на фоне анизотропной помехи, 23 - локальный максимум прединдикаторного процесса, соответствующий первому сигналу, 24 - локальный максимум прединдикаторного процесса, соответствующий второму сигналу, 25 - миноранта с минимальным размером групп, 26 - миноранта 25 после отбраковки ложных минимумов (фиг. 3а - число групп N=26), 27 - миноранта для групп среднего размера (фиг. 3б - число групп N=20), 28 - та же миноранта после отбраковки ложных минимумов, 29 - миноранта с самым большим размером групп (фиг. 3в - N=15), 30 - миноранта 29 после отбраковки ложных минимумов, 31 - обобщенная миноранта (фиг. 3г), 32 - обобщенная миноранта после отбраковки ложных минимумов, 33 - порог обнаружения в каждом канале обзора, построенный по предлагаемому способу.In FIG. 3: in coordinates, the direction (in degrees) is the process level (in arbitrary units): 22 - the initial pre-indicator array U in the presence of two strong signals at the input of the antenna 1 from close directions against the background of anisotropic noise, 23 - the local maximum of the pre-indicator process, corresponding to the first signal, 24 is the local maximum of the pre-indicator process corresponding to the second signal, 25 is the minorant with the minimum group size, 26 is the minorant 25 after rejecting false minima (Fig. 3a is the number of groups N = 26), 27 is the minorant for medium-sized groups ( Fig. 3b - the number of groups N = 20), 28 - the same minorant after rejecting false minima, 29 - the minorant with the largest group size (Fig. 3c - N = 15), 30 - minorant 29 after rejecting false minima, 31 - generalized minorant (Fig. 3d), 32 - generalized minorant after rejecting false minima, 33 - detection threshold in each viewing channel, constructed by the proposed method.

Действие предлагаемого способа обнаружения сигналов можно показать на примере работы заявленного устройства, схема которого показана на фиг. 1.The action of the proposed method for detecting signals can be shown by the example of the operation of the claimed device, a diagram of which is shown in FIG. 1.

В блоке 1 принятые многоэлементной бортовой гидроакустической антенной акустические сигналы, содержащие шумы моря (изотропная помеха) и сигналы локальных источников излучения, преобразуются в электрические сигналы. В блоке 2 сигналы проходят первичную обработку: усиление, частотную фильтрацию, цифровое преобразование, ограничение полосы частот, преобразование Фурье (ПФ) с заданным интервалом Т_ПФ, в результате которого на выходах блока 2, соединенных с соответствующими входами блока 3, получают сигналы в частотной области. В блоке 3 формируют веер пространственных каналов, оси ХН которых ориентированы в направлениях α_пкi в секторе наблюдения α_min ≤ α_пкi ≤ α_max с заданной угловой дискретностью Δ_α, получая в результате на каждой дискретной частоте ПФ ƒ_r=rΔƒ, для каждого направления α_пкi выходной сигнал с сумматора антенны x_i(ƒ_r). В блоке 4 выходы сформированных пространственных каналов x_i(ƒ_r) квадрируют, на каждом цикле ПФ суммируют по частоте ƒ_r в пределах полосы частот от ƒ_н до ƒ_в (здесь «н» - значение нижней границы частот, «в» - значение верхней границы чатот) с заданной частотной характеристикой h(ƒ_r) и накапливают во времени на заданном интервале Т, получая прединдикаторный массив U. В блоках 6, 7 и 8 осуществляют параллельно формирование трех массивов минорант для трех различных заранее заданных наборов групп, например, минимальной длины (блок 6, с числом групп N₁), средней (блок 7, число групп N₂) и максимальной длины (блок 8, число групп N₃). Для этого в идентичных по структуре блоках 6.1, 7.1 и 8.1 производят разбиение массива U на непересекающиеся группы в соответствии с заданным набором групп, в каждой такой группе (для числа групп N=N_q, q=1, 2, 3) последовательно находят минимумы и их положение в массиве U:

- значение минимума в n-ой группе,

- номер канала, в котором этот минимум найден, n=1…N, N - число групп. В идентичных по структуре блоках 6.2, 7.2 и 8.2 осуществляется отбраковка части выделенных в блоках 6.1, 7.1 и 8.1 минимумов - так называемых ложных минимумов, вызванных близким соседством пары сильных сигналов, и не связанных с уровнем помехи в данном ПК. Это осуществляется поиском и исключением таких минимумов, которые превышают соседние (слева и (или) справа) минимумы на величину больше

где const_δ - величина, выбираемая из априорных предположений о характере анизотропии поля помех, T - время осреднения, ΔF=ƒ_B - ƒ_H - полоса обработки частот.In block 1, acoustic signals received by a multi-element onboard sonar antenna containing sea noise (isotropic interference) and signals from local radiation sources are converted into electrical signals. In block 2, the signals undergo primary processing: amplification, frequency filtering, digital conversion, limiting the frequency band, Fourier transform (FF) with a given interval T _PF , as a result of which the outputs of block 2 connected to the corresponding inputs of block 3 receive signals in the frequency area. In block 3 , a fan of spatial channels is formed, the axes of which are oriented in the directions α _pci in the observation sector α _min ≤ α _pci ≤ α _max with a given angular discreteness Δ _α , resulting in each discrete frequency PF ƒ _r = rΔƒ, for each direction α _pci output signal from the antenna adder x _i (ƒ _r ). In block 4, the outputs of the formed spatial channels x _i (ƒ _r ) are squared, on each PF cycle, the frequency ƒ _r is summed over the frequency band from ƒ _n to ƒ _in (here “n” is the value of the lower frequency boundary, “c” is the value the upper boundary of chatot) with a given frequency response h (ƒ _r ) and accumulate in time over a given interval T, obtaining a pre-indicator array U. In blocks 6 , 7 and 8 , three minorant arrays are formed in parallel for three different predefined sets of groups, for example, the minimum length (block 6 , with the number of groups N ₁ ), average (block 7 , the number of groups N ₂ ) and the maximum length ( block 8 , the number of groups N ₃ ). To do this, in blocks 6.1 , 7.1 and 8.1 , identical in structure, the array U is partitioned into disjoint groups in accordance with a given set of groups, in each such group (for the number of groups N = N _q , q = 1, 2, 3), the minima and their position in the array U :

is the minimum value in the n-th group,

- the number of the channel in which this minimum is found, n = 1 ... N, N is the number of groups. In the blocks 6.2 , 7.2 and 8.2 , identical in structure, part of the minima selected in blocks 6.1 , 7.1 and 8.1 are rejected - the so-called false minima caused by the close proximity of a pair of strong signals and not related to the level of interference in this PC. This is done by searching for and eliminating such minima that exceed the neighboring (left and (or) right) minima by an amount greater than

where const _δ is a value chosen from a priori assumptions about the nature of the anisotropy of the noise field, T is the averaging time, ΔF = ƒ _B - ƒ _H is the frequency processing band.

В блоках 6.3, 7.3 и 8.3 формируются 3 отдельные массива миноранты, для чего строятся ломаные линии, соединяющие точки минимумов, которые и являются искомым массивом миноранты для каждого разбиения массива U на N_q (q=1…3) непересекающихся групп, причем вычисление значений в каналах, отличных от S_n, производится путем линейной интерполяции:In blocks 6.3 , 7.3, and 8.3 three separate minorant arrays are formed, for which broken lines are drawn connecting the minimum points, which are the desired minorant array for each partition of the U array into N _q (q = 1 ... 3) disjoint groups, and the calculation of values in channels other than S _n produced by linear interpolation:

В блоке 9 формируется массив обобщенной миноранты М={M_i} как минимальное значение из трех минорант, вычисленных в блоках 6, 7 и 8, т.е. для каждого ПК с номером i по

находится:

где q=1, 2, 3.In block 9, an array of generalized minorants M = {M _i } is formed as the minimum value of the three minorants calculated in

blocks

6 , 7 and 8 , i.e. for each PC number i through

located:

where q = 1, 2, 3.

В блоке 10 производится оценка среднего и СКО шума, и выработка порога обнаружения. Для этого за оценку постоянной составляющей принимается массив увеличенной миноранты:

где Const_EX - величина, лежащая в пределах (1-1,3), оценка СКО помехи в каждом канале определяется как

и вычисляется порог обнаружения на данном цикле обработки, равный

где k=Ф^-1(1-Р_ЛТ) - константа, зависящая от требуемой величины вероятности ложных тревог.In block 10 , the average and standard deviations of the noise are estimated, and a detection threshold is generated. For this, an array of increased minorants is taken as an estimate of the constant component:

where Const _EX is a value lying within (1-1.3), the estimate of the standard deviation of interference in each channel is defined as

and the detection threshold is calculated on this processing cycle, equal to

where k = Ф ^-1 (1-Р _ЛТ ) is a constant depending on the required probability of false alarms.

В блоке 11 принимается решение об обнаружении сигнала в i-ом пространственном канале при превышении величиной U_i порогового значения порог(i).In block 11 , a decision is made to detect a signal in the i-th spatial channel when the value U _i exceeds the threshold value threshold (i).

Практическое исполнение блоков, входящих в изобретение, известно из практики гидроакустики и реализуется на основе применения цифровых устройств. Многоэлементные антенны шумопеленгования известны, например, из [8], при этом антенные модули могут быть выполнены согласно [9] или [10], а блок формирования веера характеристик направленности согласно [11]. Остальные блоки, в том числе вновь создаваемые, могут быть выполнены в модулях программируемых спецпроцессоров сигналов и в модулях универсальной части цифрового вычислительного комплекса [12].The practical implementation of the blocks included in the invention is known from the practice of hydroacoustics and is implemented through the use of digital devices. Multi-element noise-detecting antennas are known, for example, from [8], while the antenna modules can be made according to [9] or [10], and the fan formation unit of the directivity characteristics according to [11]. The remaining blocks, including newly created ones, can be performed in modules of programmable special signal processors and in modules of the universal part of a digital computer complex [12].

Работоспособность предлагаемого способа, основанного на определении порога обнаружения в каждом ПК, иллюстрируют 2 численных примера, полученные по результатам моделирования системы обнаружения шумовых сигналов с бортовой антенной: на фиг. 2 и 3 изображен процесс формирования оценки постоянной составляющей помехи и порога обнаружения на выходе многоканальной системы обнаружения с использованием 3-х различных минорант.The efficiency of the proposed method, based on the determination of the detection threshold in each PC, is illustrated by 2 numerical examples obtained from the simulation results of a noise signal detection system with an on-board antenna: in FIG. Figures 2 and 3 show the process of forming an estimate of the constant component of the interference and the detection threshold at the output of a multi-channel detection system using 3 different minorants.

В первом примере использованы следующие исходные данные: длина линейной приемной антенны ~7λср, где λср - длина волны на средней частоте, полоса обработки 1 октава,

угловое положение первого источника сигнала - минус 30° от нормали к антенне, при использовании постоянной k=3 вероятность ложных тревог не более 0,0013, вероятность правильного обнаружения равна 0,9726; угловое положение 2 источника сигнала - по нормали к антенне, вероятность его правильного обнаружения равна 0,6368.In the first example, the following initial data were used: the length of the linear receiving antenna is ~ 7λsr, where λsr is the wavelength at the middle frequency, the processing band is 1 octave,

the angular position of the first signal source is minus 30 ° from the normal to the antenna, when using constant k = 3, the probability of false alarms is not more than 0.0013, the probability of correct detection is 0.9726; the angular position 2 of the signal source is normal to the antenna; the probability of its correct detection is 0.6368.

Как видно из приведенных на фиг.2 графиков, миноранты 15 и 16 ошибочно оценивают уровень помехи в окрестностях сигналов, включая часть сигнального отклика в оценку распределенной помехи, а миноранта 17 дает завышенную оценку помехи на краю сектора обзора.As can be seen from the graphs in Fig. 2, the minorants 15 and 16 erroneously estimate the interference level in the vicinity of the signals, including part of the signal response in the distributed noise estimate, and the minorant 17 gives an overestimated interference estimate at the edge of the field of view.

Обобщенная миноранта 18 улучшает качество оценки формы анизотропии поля помех, и характер этой кривой близок к оценке постоянной составляющей распределенной помехи на выходе многоканальной приемной системы. В результате рассчитанный в каждом канале на данном цикле обработки порог обнаружения 19 позволяет обнаружить сигналы 13 и 14, а локальные максимумы 20 и 21 процесса 12 оказываются ниже его.The generalized minorant 18 improves the quality of the estimation of the shape of the anisotropy of the noise field, and the nature of this curve is close to the estimate of the DC component of the distributed noise at the output of the multi-channel receiving system. As a result, the detection threshold 19 calculated in each channel on a given processing cycle makes it possible to detect signals 13 and 14 , and the local maxima 20 and 21 of process 12 are lower than it.

Вероятность правильного обнаружения сигналов при использовании расчета порога обнаружения по предлагаемому способу равна 0,9664 для первого сигнала и 0,7019 для второго при вероятности ложной тревоги Р_ЛТ=0,0013 (при одноактном обнаружении).The probability of correct detection of signals when using the calculation of the detection threshold by the proposed method is 0.9664 for the first signal and 0.7019 for the second with the probability of false alarm P _LT = 0.0013 (with one-act detection).

Для иллюстрации работоспособности способа обнаружения, основанного на определении порога с дополнительной отбраковкой ложных минимумов, выбрана ситуация, когда сигнальные отклики двух источников накладываются друг на друга: угловое положение 1 источника сигнала 30° от нормали к антенне при ширине сигнального отклика на уровне 0,7 приблизительно 8,6°, вероятность правильного обнаружения равна 0,9726 (при k=3 и Р_ЛТ=0,0013), угловое положение 2 источника сигнала 40° от нормали к антенне при ширине сигнального отклика 9,7°, вероятность его правильного обнаружения равна 0,9999.To illustrate the operability of the detection method based on the determination of the threshold with additional rejection of false minima, a situation was selected where the signal responses of two sources overlap each other: the angular position of the signal source 30 ° from the normal to the antenna with a signal response width of approximately 0.7 8.6 °, the probability of correct detection is 0.9726 (with k = 3 and Р _ЛТ = 0.0013), the angular position 2 of the signal source is 40 ° from the normal to the antenna with a signal response width of 9.7 °, the probability of its correct detection equal to 0.9999.

По рисункам на фиг. 3 видно, что миноранты 25, 27, 29 и построенная по ним обобщенная миноранта 31 дают завышенную оценку уровня помехи в области углов, близких к углам прихода двух сигналов, и особенно в области между ними, что приводит к увеличению порога обнаружения, и, соответственно, резкому падению вероятности правильного обнаружения сигналов - 0,0037 для первого сигнала и 0,5 - для второго. При использовании предлагаемого способа отбраковки ложных минимумов, связанных с близким соседством пары сильных сигналов, миноранты 26, 28, 30 и обобщенная миноранта 32 на фиг. 3 дают в этих областях оценку уровня помехи, близкую к реальной, а вне сигнальной области оценки постоянной составляющей помехи совпадают с 31. В результате применения процедуры отбраковки ложных минимумов вероятность правильного обнаружения обоих сигналов вырастает до 0,9999.From the drawings in FIG. Figure 3 shows that the minorants 25 , 27 , 29 and the generalized minorant 31 constructed from them give an overestimated level of interference in the region of angles close to the angles of arrival of two signals, and especially in the region between them, which leads to an increase in the detection threshold, and, accordingly , a sharp drop in the probability of correct detection of signals is 0.0037 for the first signal and 0.5 for the second. Using the proposed method of rejecting false minima associated with the close proximity of a pair of strong signals, the minorants 26 , 28 , 30 and the generalized minorant 32 in FIG. 3 give in these areas an estimate of the interference level close to real, and outside the signal region, estimates of the constant component of the interference coincide with 31 . As a result of applying the procedure of rejecting false minima, the probability of the correct detection of both signals increases to 0.9999.

Таким образом, результаты моделирования демонстрируют возможность корректного оценивания уровня помехи и определения порога обнаружения в режиме реального времени в системах автоматического обнаружения с бортовой антенной, обеспечивая обнаружение сигналов с высокой вероятностью правильного обнаружения и с вероятностью ложной тревоги, не превышающей заданный уровень.Thus, the simulation results demonstrate the ability to correctly assess the level of interference and determine the detection threshold in real time in automatic detection systems with an onboard antenna, providing detection of signals with a high probability of correct detection and with a probability of false alarm not exceeding a given level.

Источники информацииSources of information

1. Л. Камп «Подводная акустика», пер. с англ. М., Мир, 1972, стр. 262-266.1. L. Kamp "Underwater acoustics", trans. from English M., Mir, 1972, pp. 262-266.

2. Применение цифровой обработки сигналов, пер. с англ. под ред. Э. Опенгейма, М., Мир, 1980, стр. 467-468.2. The use of digital signal processing, trans. from English under the editorship of E. Openheim, M., Mir, 1980, pp. 467-468.

3. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.Н. Корабельная гидроакустическая техника: состояние и актуальные проблемы. - СПб.: Наука. 2004, стр. 53.3. Koryakin Yu.A., Smirnov S.A., Yakovlev G.N. Ship hydroacoustic equipment: state and current problems. - SPb .: Science. 2004, p. 53.

4. Подгайский Ю.П., Антипов В.А., Величкин С.М., Янпольская А.А. Способ обнаружения шумящих в море объектов. Патент RU 2300118, G01S 3/80 от 16.08.2006.4. Podgaysky Yu.P., Antipov V.A., Velichkin S.M., Yanpolskaya A.A. A method for detecting noisy objects in the sea. Patent RU 2300118, G01S 3/80 of 08.16.2006.

5. Банк М.У. Параметры бытовой приемно-усилительной аппаратуры и методы их измерения. - М.: Радио и связь, 1982, стр. 24-33.5. Bank M.U. Parameters of household receiving and amplifying equipment and methods for their measurement. - M .: Radio and communications, 1982, p. 24-33.

6. Method for increasing passive sonar operating distance by means of shallow sound field characteristics. Patent CN №104765039(B), опубликован 13.06.2017.6. Method for increasing passive sonar operating distance by means of shallow sound field characteristics. Patent CN No. 104765039 (B), published June 13, 2017.

7. Гусев В.Г. Системы пространственно-временной обработки гидроакустической информации. - Л.: Судостроение, 1988.7. Gusev V.G. Space-time processing systems for hydroacoustic information. - L .: Shipbuilding, 1988.

8. Литвиненко СЛ. Сферическая гидроакустическая антенна. Патент РФ №2515133 от 10.05.2014. МПК G01S 15/00.8. Litvinenko SL. Spherical sonar antenna. RF patent No. 2515133 dated 05/10/2014. IPC G01S 15/00.

9. Смарышев М.Д., Черняховский А.Е., Иванов A.M., Шатохин А.В., Селезнев И.А., Никандров В.А., Маляров К.В., Барсуков Ю.В. Антенный модуль с цифровым выходом. Патент РФ №2539819 от 27.01.2015. МПК H04R 1/44.9. Smaryshev M.D., Chernyakhovsky A.E., Ivanov A.M., Shatokhin A.V., Seleznev I.A., Nikandrov V.A., Malyarov K.V., Barsukov Yu.V. Antenna module with digital output. RF patent No. 2539819 dated 01/27/2015. IPC H04R 1/44.

10. Величкин С.М., Дудаков О.Н., Леоненок Б.И., Павлов Р.П., Попов В.П., Цыганов Н.А., Михайлов Г.А. Многоэлементный линейный модуль гидроакустической приемной антенны. Патент РФ №2269875 от 10.02.2006. МПК H04R 1/44.10. Velichkin S.M., Dudakov O.N., Leonenok B.I., Pavlov R.P., Popov V.P., Tsyganov N.A., Mikhailov G.A. Multi-element linear module of the hydroacoustic receiving antenna. RF patent No. 2269875 of 02/10/2006. IPC H04R 1/44.

11. Баскин В.В., Гришман Г.Д., Казаков М.Н., Криницкий A.M., Леоненок Б.И., Смарышев М.Д. Способ формирования частотно независимой характеристики направленности рабочим сектором многоэлементной гидроакустической приемной круговой антенны. Патент РФ №2293449 от 10.02.2007. МПК H04R 1/44, G01S 15/02.11. Baskin V.V., Grishman G.D., Kazakov M.N., Krinitsky A.M., Leonenok B.I., Smaryshev M.D. A method of forming a frequency-independent directional characteristic by the working sector of a multi-element hydroacoustic receiving circular antenna. RF patent No. 2293449 dated 02/10/2007. IPC H04R 1/44, G01S 15/02.

12. Бетелин В.Б., Капустин Г.И., Кокурин В.А., Корякин Ю.А., Лисе А.Р., Немытов А.И., Першин А.С., Рыжиков А.В., Челпанов А.В., Шалин С.А. Цифровой вычислительный комплекс для обработки сигналов в гидроакустических системах. Патент РФ №2207620 от 10.03.2003. МПК G06F 15/16, G01S 15/88.12. Betelin VB, Kapustin G.I., Kokurin V.A., Koryakin Yu.A., Lis A.R., Nemytov A.I., Pershin A.S., Ryzhikov A.V., Chelpanov A.V., Shalin S.A. Digital computer complex for signal processing in sonar systems. RF patent No. 2207620 dated 03/10/2003. IPC G06F 15/16, G01S 15/88.

Claims

1. A method for detecting objects that are noisy in the sea by airborne antennas, including receiving the primary noise field of objects with a static fan of directivity characteristics, time-frequency processing in each spatial channel (PC) of observation, squaring and averaging in the frequency band ΔF and over time over an interval of duration T, thereby obtaining estimates of the energy of the signal mixture with interference over a plurality of generated spatial channels

where I is the number of PCs in the static fan, and the decision to detect by comparing the elements of U with a threshold value, characterized in that on each review cycle to generate a threshold in each channel formed, estimates of the average and variance of the interference energy are obtained using an array of estimates the energy of the signal mixture and interference, for which the array U is divided into N disjoint groups, in each group n find the minimum P _{n of the} array U and its location S _n , find the array of minorants W _i as an array filled with the values of the piecewise linear interpolation between the found minimum points of the input sweep selected at the points of location of the source PCs, repeat these operations in the amount of Q times, where Q≥3, for different values of N, determine at least Q minorants in each spatial channel and construct a new array of generalized minorants from them

form an array

where k = Ф ^-1 (1-Р _ЛТ ) is a constant depending on the required probability of false alarms, Ф ^-1 is the designation of the function inverse to the distribution function of the Gaussian distribution

in each spatial channel.

2. The method according to p. 1, characterized in that for each array the minorants additionally after finding all the minima check for the presence of false minima caused by the close proximity of a pair of strong signals and exceeding the neighboring ones on the left and (or) on the right by a value greater

where const _δ is a value chosen from a priori assumptions about the nature of the anisotropy of the noise field, T is the averaging time, ΔF is the frequency processing band.

3. A device for detecting objects that are noisy in the sea with an onboard antenna, which contains a series-connected multi-element acoustic receiving antenna for noise detection, a unit for preliminary processing of hydroacoustic information, a unit for forming a fan of spatial channels (PC), a unit for forming a preindicator process (PIP), a decision unit — a threshold device, characterized in that a special processor is additionally introduced into it, which for three different partitions of the set of all PCs into disjoint groups contains three blocks for forming arrays of minorants, each in the form of a branch of series-connected blocks: a block for finding PIP minima, a block for rejecting false minima and a linear interpolation block for formation of minorants for all PCs at a given breakdown into groups, while the input of each block for finding the minima of the PIP is connected to the corresponding output of the block of formation of the PIP, the special processor also contains series-connected block of formation of general Minorants and a unit for estimating the mean and standard deviation (RMS) of the interference level and generating a detection threshold in each spatial channel; the output of each of the blocks of formation of arrays of minorants is connected to the corresponding input of the block of formation of generalized minorants, and the output of the block for estimating the average and standard deviations of the interference level and generating a detection threshold is connected to the first input of the decision-making unit about detection - a threshold device, the second input of which is connected to the output PIP formation unit.