RU2723914C1 - Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов - Google Patents
Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723914C1 RU2723914C1 RU2019123221A RU2019123221A RU2723914C1 RU 2723914 C1 RU2723914 C1 RU 2723914C1 RU 2019123221 A RU2019123221 A RU 2019123221A RU 2019123221 A RU2019123221 A RU 2019123221A RU 2723914 C1 RU2723914 C1 RU 2723914C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radio
- buoy
- microcontroller
- reference signals
- database
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B22/00—Buoys
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Изобретение относится к гидроакустике, а именно к устройствам регистрации акустических сигналов, и может быть использовано для обнаружения, определения местонахождения и классификации движущихся подводных объектов. Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов содержит последовательно соединенные гидроакустическую антенну (гидрофон), предварительный усилитель, радиопередающий тракт и приемо-передающую радиоантенну, устройство самоликвидации, измерительный блок на микроконтроллере, в котором реализуются функции управления и цифровой фильтрации, связанный по входу с выходом предварительного усилителя, и блок радиопередающих трактов (РПТ), включающий n РПТ, каждый из которых связан с измерительным блоком через последовательный интерфейс; при этом в состав каждого РПТ включены микросхема памяти, микроконтроллер, реализующий функции управления и цифроаналогового преобразования, и радиопередатчик, осуществляющий передачу шумовых сигналов от цели на носитель. Принципиальным отличием радиогидроакустического буя на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов является то, что в состав измерительного блока на микроконтроллере дополнительно введена база данных эталонных сигналов (БД), реализованная на основе микросхемы памяти, используемая для первичной классификации источников шумов и связанная с микроконтроллером измерительного блока по интерфейсу SPI. Технический результат изобретения заключается в создании нового радиогидроакустического буя на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов. Реализация поставленной задачи позволяет достичь следующий суммарный технический результат: снижение вероятности ложной тревоги путем проведения спектрального анализа смеси сигнала и помехи, сравнения полученного спектра со спектрами эталонных сигналов, хранящимися в базе данных; увеличение радиуса действия буя и, соответственно, вероятности обнаружения цели за счет того, что спектральный анализ смеси сигнала и помехи проводится непрерывно; увеличение времени и скрытности работы буя. 3 ил.
Description
Изобретение относится к гидроакустике, а именно к устройствам регистрации акустических сигналов и может быть использовано для обнаружения, определения местонахождения и классификации движущихся подводных объектов.
Известно устройство - авиационный радиогидроакустический буй РГБ-16, содержащий опускаемое устройство, включающее в себя гидроакустическую антенну и предварительный усилитель; блок комбинированный, включающий в себя тракт усиления акустического сигнала, пороговое устройство, радиопередающий тракт, дальномерный канал, стабилизаторы питания; приемо-передающую радиоантенну, источник тока, устройство самоликвидации, парашютную систему, пусковое устройство. (С.В. Попов, В.В. Емельяненко, И.Н. Сургаев. Радиогидроакустические буи противолодочной авиации. Владивосток: ТОВМИ им. С.О. Макарова, 2002.)
Основными недостатками данного буя являются:
- высокая вероятность ложной тревоги, т.к. срабатывание порогового устройства происходит при превышении уровня сигнала на его входе заданного порога, а причиной этого может быть шум из любого источника, а не только шум винтов подводной лодки;
- наличие порогового устройства снижает радиус действия буя и, соответственно, вероятность обнаружения цели;
- малое время и скрытность работы буя.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является радиогидроакустический буй на микроконтроллерах (Патент № 2659347 RU от 29.06.2018), который выбран в качестве прототипа. Прототип содержит последовательно соединенные гидроакустическую антенну (гидрофон), предварительный усилитель, радиопередающий тракт и приемо-передающую радиоантенну, устройство самоликвидации, измерительный блок на микроконтроллере, в котором реализуются функции управления и цифровой фильтрации, связанный по входу с выходом предварительного усилителя, и блок радиопередающих трактов (РПТ), включающий n РПТ, каждый из которых связан с измерительным блоком через последовательный интерфейс; при этом в состав каждого РПТ включены микросхема памяти, микроконтроллер, реализующий функции управления и цифроаналогового преобразования и радиопередатчик, осуществляющий передачу шумовых сигналов от цели на носитель.
Основными недостатками прототипа являются:
- высокая вероятность ложной тревоги, т.к. срабатывание порогового устройства (триггер Шмитта) происходит при превышении уровня сигнала на его входе заданного порога, а причиной этого может быть шум из любого источника, а не только шум винтов подводной лодки;
- наличие порогового устройства снижает радиус действия буя и, соответственно, вероятность обнаружения цели;
- малое время и скрытность работы буя.
На устранение указанных недостатков направлено новое техническое решение «Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов», технической задачей которого является
- снижение вероятности ложной тревоги путем проведения спектрального анализа смеси сигнала и помехи, сравнения полученного спектра со спектрами эталонных сигналов, хранящимися в базе данных;
- увеличение радиуса действия буя и, соответственно, вероятности обнаружения цели за счет того, что спектральный анализ смеси сигнала и помехи проводится непрерывно;
- увеличение времени и скрытности работы буя.
Указанный технический результат достигается тем, что создано новое устройство - радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов, который содержит последовательно соединенные гидроакустическую антенну (гидрофон), предварительный усилитель, радиопередающий тракт и приемо-передающую радиоантенну, устройство самоликвидации, измерительный блок на микроконтроллере, в котором реализуются функции управления и цифровой фильтрации, связанный по входу с выходом предварительного усилителя, и блок радиопередающих трактов (РПТ), включающий n РПТ, каждый из которых связан с измерительным блоком через последовательный интерфейс; при этом в состав каждого РПТ включены микросхема памяти, микроконтроллер, реализующий функции управления и цифроаналогового преобразования и радиопередатчик, осуществляющий передачу шумовых сигналов от цели на носитель.
Принципиальным отличием радиогидроакустического буя на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов от прототипа является то, что в состав измерительного блока на микроконтроллере дополнительно введена база данных эталонных сигналов (БД), реализованная на основе микросхемы памяти, используемая для первичной классификации источников шумов и связанная с микроконтроллером измерительного блока по интерфейсу SPI.
Введение базы данных эталонных сигналов, реализованной на основе микросхемы памяти, позволяет проводить первичную классификацию источников шумов, что способствует снижению вероятности ложной тревоги.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
Фигура 1. Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов. Функциональная схема.
Фигура 2. Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов. Принципиальная электрическая схема.
Фигура 3. Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов. Алгоритм работы буя.
На Фигуре 1 представлена функциональная схема радиогидроакустического буя на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов:
1. Гидроакустическая антенна (гидрофон).
2. Предварительный усилитель.
3. Измерительный блок:
3.1. База данных эталонных сигналов (БД).
3.2. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
3.3. Микроконтроллер (МК):
3.3.1. Фильтр нижних частот (ФНЧ).
4. Блок радиопередающих трактов (РПТ):
4.1. (4.2, …4.n). Радиопередающий тракт:
4.1.1 (4.2.1…4.n.1). Микросхемы памяти FlashROM
4.1.2 (4.2.2…4.n.2). Микроконтроллеры
4.1.3 (4.2.3…4.n.3). Радиопередатчики.
Все конструктивные элементы буя связаны между собой электрическими связями.
Выход гидрофона 1 связан с входом предварительного усилителя 2. Выход предварительного усилителя 2 связан с аналоговым входом VIN+ АЦП 3.2 измерительного блока 3. АЦП 3.2 связан с МК 3.3 измерительного блока 3 через последовательный интерфейс (модуль) SPI c использованием трех выводов МК 3.3: последовательный цифровой выход данных SDO связан с последовательным входом данных RC3(SDI) модуля SPI, вход тактирования SCK АЦП 3.2 связан с выходом тактирования RC5(SCK), вход разрешения (запрещения) преобразования CONV связан с выходом RA1 МК 3.3, на котором программно формируется Лог. 0 для разрешения преобразования или Лог. 1 для разрешения передачи результата преобразования.
Результаты преобразования из выходного регистра АЦП 3.2 измерительного блока 3 после фильтрации записываются в память МК 3.3, последовательным кодом с использованием интерфейса SPI передаются в блок РПТ 4 и записываются в микросхемы памяти FlashROM 4.1.1…4.n.1, которые связаны с МК 3.3 измерительного блока 3 следующим образом: входы тактирования C, соединены с выходом тактирования RC5(SCK) модуля SPI МК 3.3, входы D соединены с последовательным выходом данных RC4(SDO)модуля SPI МК 3.3, входы выбора микросхемы 
соединены с выходом RA0 параллельного порта portA МК 3.3, на котором программно формируется Лог. 0 для разрешения записи. Микроконтроллеры 4.1.2…4.n.2 осуществляют чтение записанных данных из памяти, приведение их к аналоговому виду и передачу на вход радиопередатчиков 4.1.3…4.n.3.
МК 3.3 определяет спектр принятого сигнала и производит его сравнение со спектрами эталонных сигналов, хранящимися в БД 3.1, реализованной на интегральной микросхеме и связанной с МК 3.3 через последовательный интерфейс (модуль) SPI c использованием четырех выводов МК 3.3: последовательный цифровой выход данных Q БД 3.1 связан с последовательным входом данных RC3(SDI) модуля SPI МК 3.3, вход тактирования C БД 3.1 связан с выходом тактирования RC5(SCK) МК 3.3, последовательный вход данных D БД 3.1 связан с последовательным выходом данных RC4 (SDO) МК 3.3, вход выбора ведомого связан с выходом RA2 МК 3.3, на котором программно формируется Лог. 0 для разрешения обращения к микросхеме, на которой реализована БД 3.1, с целью записи или чтения. В случае совпадения спектра принятого сигнала со спектром шума подводного объекта, хранящегося в базе данных, вырабатывается сигнал на отстрел очередного РПТ.
На Фигуре 2 приведена принципиальная электрическая схема измерительного блока 3 с микросхемами памяти блока радиопередающих трактов 4 для случая, когда число РПТ n=3. Данная схема используется для моделирования работы буя в программе Proteus. В состав схемы входят:
U1 - микроконтроллер dsPIC33FJ32GP204;
U2 - микросхема FlashROM M45PE80 базы данных эталонных сигналов;
U3, U4, U5 - микросхемы FlashROM M45PE80;
U6 - АЦП LTC1864;
R1 - резистор 1К.
Все элементы схемы соединены электрическими связями.
Напряжение на выходе предварительного усилителя буя, пропорциональное уровню шума, имитируется при помощи генератора, подключенного к аналоговому входу VIN+ АЦП U3.
На Фигуре 3 приведен алгоритм работы радиогидроакустического буя на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов. Алгоритм включает следующие блоки:
Блок 1 - Начало алгоритма;
Блок 2 - Запись отсчетов АЦП в EEPROM микроконтроллера;
Блок 3 - Нахождение спектра записанного шума (БПФ);
Блок 4 - Проверка условия «Цель- ПЛ ?»;
Блок 5 - Отстрел очередного РПТ;
Блок 6 - Проверка условия m<=n ? (m - номер отстреливаемого РПТ, n - количество РПТ в буе);
Блок 7 - Конец алгоритма.
Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах работает следующим образом:
Алгоритм работы радиогидроакустического буя на микроконтроллерах представлен на Фигуре 3. Спектральный анализ сигнала с выхода предварительного усилителя 2 (Фигура 1) проводится непрерывно (Фигура 3, Блок 3). Выполняется быстрое преобразование Фурье (БПФ) принятого сигнала и производится сравнение полученного спектра со спектрами эталонных сигналов, хранящимися в базе данных эталонных сигналов БД 3.1 (Фигура 1). В случае, если принятый сигнал является шумом винтов ПЛ (Фигура 3, Блок 4) производится отстрел очередного РПТ и передача записанного шума на носитель (береговой центр) (Фигура 3, Блок 5).
Технический результат изобретения заключается в создании нового радиогидроакустического буя на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов. Реализация поставленной задачи позволяет достичь следующий суммарный технический результат:
- снижение вероятности ложной тревоги путем проведения спектрального анализа смеси сигнала и помехи, сравнения полученного спектра со спектрами эталонных сигналов, хранящимися в базе данных;
- увеличение радиуса действия буя и, соответственно, вероятности обнаружения цели за счет того, что спектральный анализ смеси сигнала и помехи проводится непрерывно;
- увеличение времени и скрытности работы буя.
Заявленное устройство промышленно применимо, так как при его изготовлении могут быть использованы распространенные устройства и компоненты, такие как:
- МК на интегральной микросхеме (ИМС) dsPIC33FJ32GP204;
- FlashROM на ИМС М45РЕ80;
- Ethernet-адаптер на ИМС ENC28J60;
- цифровое РПДУ.
Claims (1)
- Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов, содержащий последовательно соединенные гидроакустическую антенну (гидрофон), предварительный усилитель, радиопередающий тракт и приемо-передающую радиоантенну, устройство самоликвидации, измерительный блок на микроконтроллере, в котором реализуются функции управления и цифровой фильтрации, связанный по входу с выходом предварительного усилителя, и блок радиопередающих трактов (РПТ), включающий n РПТ, каждый из которых связан с измерительным блоком через последовательный интерфейс; при этом в состав каждого РПТ включены микросхема памяти, микроконтроллер, реализующий функции управления и цифроаналогового преобразования, и радиопередатчик, осуществляющий передачу шумовых сигналов от цели на носитель, отличающийся тем, что в состав измерительного блока на микроконтроллере дополнительно введена база данных эталонных сигналов (БД), реализованная на основе микросхемы памяти, используемая для первичной классификации источников шумов и связанная с микроконтроллером измерительного блока по интерфейсу SPI.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123221A RU2723914C1 (ru) | 2019-07-18 | 2019-07-18 | Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123221A RU2723914C1 (ru) | 2019-07-18 | 2019-07-18 | Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2723914C1 true RU2723914C1 (ru) | 2020-06-18 |
Family
ID=71096106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019123221A RU2723914C1 (ru) | 2019-07-18 | 2019-07-18 | Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2723914C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA86694C2 (en) * | 2007-08-29 | 2009-05-12 | Киевский Государственный Научно-Исследовательский Институт Гидроприборов | Active radio-hydroacoustic buoy |
| RU157470U1 (ru) * | 2015-06-29 | 2015-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Региональные Геофизические Исследования" | Буй для сбора сейсмических данных |
| RU160239U1 (ru) * | 2015-09-11 | 2016-03-10 | Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Блок ретранслятора радиогидроакустического буя |
| RU2659105C1 (ru) * | 2017-06-05 | 2018-06-28 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Широкомасштабная радиогидроакустическая система мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде |
| RU2659347C1 (ru) * | 2017-06-13 | 2018-06-29 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах |
| RU2691295C2 (ru) * | 2017-09-01 | 2019-06-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук | Глобальная радиогидроакустическая система мониторинга полей атмосферы, океана и земной коры в морской среде и распознавания источников их формирования |
-
2019
- 2019-07-18 RU RU2019123221A patent/RU2723914C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA86694C2 (en) * | 2007-08-29 | 2009-05-12 | Киевский Государственный Научно-Исследовательский Институт Гидроприборов | Active radio-hydroacoustic buoy |
| RU157470U1 (ru) * | 2015-06-29 | 2015-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Региональные Геофизические Исследования" | Буй для сбора сейсмических данных |
| RU160239U1 (ru) * | 2015-09-11 | 2016-03-10 | Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Блок ретранслятора радиогидроакустического буя |
| RU2659105C1 (ru) * | 2017-06-05 | 2018-06-28 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Широкомасштабная радиогидроакустическая система мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде |
| RU2659347C1 (ru) * | 2017-06-13 | 2018-06-29 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах |
| RU2691295C2 (ru) * | 2017-09-01 | 2019-06-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук | Глобальная радиогидроакустическая система мониторинга полей атмосферы, океана и земной коры в морской среде и распознавания источников их формирования |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9651649B1 (en) | Passive acoustic detection, tracking and classification system and method | |
| US9429666B2 (en) | Method and device for automatically detecting marine animals | |
| CN110244304A (zh) | 一种基于zynq的侧扫声纳信号处理方法 | |
| RU2723914C1 (ru) | Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах с базой данных эталонных сигналов | |
| CN103399299B (zh) | 一种水下宽带通用型应答器 | |
| RU2726291C1 (ru) | Способ обнаружения и классификации гидроакустических сигналов шумоизлучения морского объекта | |
| Hayes et al. | An inexpensive passive acoustic system for recording and localizing wild animal sounds | |
| CN104614720A (zh) | 拖曳阵声呐系统 | |
| RU2659347C9 (ru) | Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах | |
| CN106680799A (zh) | 一种船载声纳目标回波的模拟方法 | |
| RU193093U1 (ru) | Радиогидроакустический буй на микроконтроллере с базой данных эталонных сигналов | |
| Gunes et al. | Multi-target bearing tracking with a single acoustic vector sensor based on multi-Bernoulli filter | |
| ES2338034T3 (es) | Procedimiento de fusion de informaciones procedentes de sensores radioelectricos y dispositivo de recepcion radioelectrica. | |
| JP6142671B2 (ja) | 音響標的 | |
| Marzetti et al. | Ultra-Low Power Wake-Up for Long-Term Biodiversity Monitorin | |
| RU184783U1 (ru) | Радиогидроакустический буй на микроконтроллере | |
| RU115077U1 (ru) | Имитатор гидроакустических сигналов | |
| RU2677568C2 (ru) | Система и способ для детектирования вибраций, беспроводной передачи, беспроводного приема и обработки данных, принимающий модуль и способ для приема и обработки данных | |
| RU82045U1 (ru) | Устройство нейросетевого распознавания целей по совокупности признаков | |
| RU167932U1 (ru) | Система пассивного определения дистанции гидроакустического комплекса подводной лодки | |
| Garcia et al. | Affordable Instrument Design for Seismic Monitoring, Early Warning Systems and Control Actions to Risk Mitigation | |
| RU2715050C1 (ru) | Многоканальный передатчик помех | |
| CN114271818B (zh) | 听力天赋的训练系统、方法、存储介质及电子设备 | |
| RU2684443C1 (ru) | Способ определения координат источников сигналов акустической эмиссии и устройство для его осуществления | |
| Alves et al. | Development and characterization of an autonomous underwater acoustic recording system |