RU2746581C1 - Method for determining the class of a noisy marine object - Google Patents
Method for determining the class of a noisy marine object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746581C1 RU2746581C1 RU2020118257A RU2020118257A RU2746581C1 RU 2746581 C1 RU2746581 C1 RU 2746581C1 RU 2020118257 A RU2020118257 A RU 2020118257A RU 2020118257 A RU2020118257 A RU 2020118257A RU 2746581 C1 RU2746581 C1 RU 2746581C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- decision
- target
- favor
- class
- bearing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
- G01S11/14—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/04—Systems determining presence of a target
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/50—Systems of measurement, based on relative movement of the target
- G01S15/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к пассивным шумопеленгаторным станциям (ШПС), предназначенным для обнаружения подводных объектов (ПО) и надводных объектов (НО) по их шумоизлучению.The invention relates to the field of hydroacoustics, namely to passive noise direction finding stations (SHS), designed to detect underwater objects (PO) and surface objects (BO) by their noise emission.
Наиболее сложной задачей, решаемой такими ШПС, является классификация обнаруженного объекта.The most difficult task solved by such NLS is the classification of the detected object.
Методы классификации шумящих морских объектов (далее - объекта) приведены в работах [1-5]. Недостатком большинства из них является то, что они не применимы при малых отношениях сигнал/помеха (ОСП). В результате классификация объектов, обнаруженных ШПС на предельных дальностях обнаружения (т.е. при малых ОСП), оказывается малоэффективной.Classification methods for noisy marine objects (hereinafter referred to as the object) are given in [1-5]. The disadvantage of most of them is that they are not applicable for small signal-to-noise ratios (SNR). As a result, the classification of objects detected by NLS at the limiting detection ranges (i.e., at low SIR) turns out to be ineffective.
В качестве прототипа выберем способ классификации обнаруженного шумящего объекта (далее - объекта), описанный в [5]. Он включает измерение уровня шумового сигнала и скорости изменения пеленга шумящей цели на выходе приемного тракта ШПС и принятие решения о классе цели с учетом текущих гидроакустических условий (ГАУ).As a prototype, we will choose the method of classification of the detected noisy object (hereinafter referred to as the object), described in [5]. It includes measuring the level of the noise signal and the rate of change in the bearing of a noisy target at the output of the receiving path of the NLS and making a decision on the class of the target, taking into account the current hydroacoustic conditions (GAU).
Достоинством прототипа является то, что он работоспособен на предельных дальностях обнаружения объектов (т.е. при малых ОСП). Недостатком прототипа является то, что во многих случаях скорость изменения пеленга с необходимой точностью измерить не удается ввиду того, что изменение пеленга за приемлемое время в этих случаях меньше ошибки измерения пеленга в ШПС. Эти случаи имеют место, когда объект находится на большой дистанции, на которой его пеленг практически не меняется при любых параметрах ее движения, либо когда объект и носитель ШПС (независимо от дистанции) движутся курсами и скоростями, при которых пеленг объекта также практически не меняется.The advantage of the prototype is that it is efficient at maximum detection ranges of objects (i.e., at low OSD). The disadvantage of the prototype is that in many cases the rate of change in bearing with the required accuracy cannot be measured due to the fact that the change in bearing for an acceptable time in these cases is less than the error in measuring the bearing in the NLS. These cases take place when the object is at a great distance, at which its bearing practically does not change for any parameters of its movement, or when the object and the carrier of the NLS (regardless of the distance) move in courses and speeds at which the bearing of the object also practically does not change.
Ввиду этого актуальной является разработка способов классификации объектов, работоспособных в более широком диапазоне условий и, особенно, при малых ОСП.In view of this, it is urgent to develop methods for classifying objects that are efficient in a wider range of conditions and, especially, at low OSD.
Решаемая техническая проблема - повышение эффективности ШПС.The technical problem to be solved is to increase the efficiency of the NLS.
Достигаемый технический результат - повышение вероятности правильной классификации на предельных дальностях обнаружения объекта.The achieved technical result is an increase in the probability of correct classification at the limiting ranges of object detection.
Технический результат достигается тем, что решение о классе объекта принимают с использованием измеренного значения вертикального угла прихода сигнала на входе приемной антенны, соответствующего максимуму энергии сигнала от объекта, с учетом текущих гидроакустических условий.The technical result is achieved in that the decision on the class of the object is made using the measured value of the vertical angle of arrival of the signal at the input of the receiving antenna, corresponding to the maximum signal energy from the object, taking into account the current hydroacoustic conditions.
Обоснуем реализуемость и эффективность данного способа применительно к классификации объекта на классы ПО и НО.Let us substantiate the feasibility and effectiveness of this method in relation to the classification of an object into software and non-software classes.
Известно [6], что в многолучевом канале сигнал источника распространяется в виде множества лучей, углы в вертикальной плоскости прихода которых на вход приемной антенны ШПС зависят от гидроакустических условий и взаимного расположения по глубине объекта и носителя ШПС. Для распознавания класса объекта (ПО или НО) наиболее благоприятными гидроакустическими условиями являются условия, в которых скорость звука у поверхности моря (т.е. на глубине излучения сигнала надводным объектом) больше скорости звука на глубине погружения носителя ШПС. В этих условиях сигнальные лучи, излучаемые НО, приходят на приемную антенну ШПС вне сектора вертикальных углов, границы которого относительно горизонта рассчитываются по формуле [6]:It is known [6] that in a multibeam channel, the source signal propagates in the form of a plurality of beams, the angles in the vertical plane of arrival of which at the input of the NLS receiving antenna depend on the hydroacoustic conditions and the relative position along the depth of the object and the NLS carrier. To recognize the class of an object (PO or HO), the most favorable hydroacoustic conditions are the conditions in which the speed of sound near the sea surface (i.e. at the depth of signal radiation by a surface object) is greater than the speed of sound at the depth of immersion of the NLS carrier. Under these conditions, the signal beams emitted by the DO come to the receiving antenna of the BSS outside the sector of vertical angles, the boundaries of which relative to the horizon are calculated by the formula [6]:
гдеWhere
Спов, Снос - скорость звука у поверхности моря и на глубине погружения носителя ШПС, соответственно.S pov , S nose - the speed of sound at the sea surface and at the depth of immersion of the carrier NLS, respectively.
Данный факт проиллюстрирован на фиг. 1 и 2, на которых приведены зависимости от дистанции между объектом и носителем ШПС вертикальных углов прихода сигнальных лучей источников на вход антенны ШПС. Фиг. 1 соответствует гидроакустическим условиям, которые имеют место в летний период в мелких морях; фиг. 2 - условиям, которые имеют место в летний период в глубоких морях. Соответствующие вертикальные распределения скорости звука (ВРСЗ) приведены в верхней части обеих фигур. Левые графики зависимостей углов от дистанции соответствуют случаю, когда источником сигнала является НО, правые графики - когда источником сигнала является ПО.This fact is illustrated in FIG. 1 and 2, which show the dependences of the vertical angles of arrival of the signal beams of the sources at the input of the NLS antenna on the distance between the object and the NLS carrier. FIG. 1 corresponds to hydroacoustic conditions that occur in summer in shallow seas; fig. 2 - conditions that occur in the summer in deep seas. The corresponding vertical distributions of the speed of sound (VDS) are shown in the upper part of both figures. The left plots of the angles versus distance correspond to the case when the signal source is the HO, the right plots - when the signal source is the software.
Из рассмотрения графиков на фиг. 1 и 2 следует, что на всех дистанциях в окрестности угла 0° по вертикали может приходить только сигнал глубоко погруженного источника, т.е. ПО.From an examination of the graphs in FIG. 1 and 2, it follows that at all distances in the vicinity of the 0 ° angle along the vertical, only a signal from a deeply submerged source can arrive, i.e. BY.
Данный эффект не проявляется, если скорость звука у поверхности моря не превышает скорость звука на глубине погружения носителя ШПС. Данное утверждение проиллюстрировано на фиг. 3, где приведены зависимости от дистанции между объектом и носителем ШПС вертикальных углов прихода сигнальных лучей источников на вход антенны ШПС в гидроакустических условиях, которые имеют место в зимний период в мелких морях. Из рассмотрения фиг. 3 следует, что сигнальные лучи как ПО, так и НО приходят на вход антенны ШПС во всем секторе вертикальных углов.This effect does not manifest itself if the speed of sound near the sea surface does not exceed the speed of sound at the depth of immersion of the NLS carrier. This statement is illustrated in FIG. 3, which shows the dependences of the vertical angles of arrival of the signal beams of the sources at the input of the NLS antenna under hydroacoustic conditions, which take place in winter in shallow seas, on the distance between the object and the NLS carrier. From a consideration of FIG. 3 it follows that the signal beams of both PO and DO come to the input of the NLS antenna in the entire sector of vertical angles.
Реализация предлагаемого способа выглядит следующим образом.The implementation of the proposed method is as follows.
1) В районе плавания периодически измеряется ВРСЗ.1) In the navigation area, the HRV is periodically measured.
2) При обнаружении шумящего объекта измеряются уровень сигнала от объекта и скорость изменения пеленга объекта.2) When a noisy object is detected, the signal level from the object and the rate of change of the object's bearing are measured.
3) По правилу, описанному в способе-прототипе, принимается решение о классе объекта по уровню сигнала и скорости изменения пеленга объекта.3) According to the rule described in the prototype method, a decision is made about the class of the object by the signal level and the rate of change of the bearing of the object.
4) Если Спов>Снос, дополнительно измеряется вертикальный угол ψmax прихода максимума энергии сигнала от объекта на входе приемной антенны ШПС и принимается решение о классе объекта по вертикальному углу прихода максимума энергии сигнала от объекта по правилу: 4) If C ov > C nose , the vertical angle ψ max of the arrival of the maximum signal energy from the object at the input of the NLS receiving antenna is additionally measured and a decision is made about the class of the object by the vertical angle of arrival of the maximum signal energy from the object according to the rule:
гдеWhere
- пороговое значение вертикального угла прихода максимума энергии сигнала от объекта; - the threshold value of the vertical angle of arrival of the maximum signal energy from the object;
σψ - среднеквадратическая ошибка измерения вертикального угла прихода максимума энергии сигнала от объекта, которая зависит от высоты приемной антенны, рабочего диапазона частот ШПС и используемого алгоритма измерения.σ ψ is the root-mean-square error in measuring the vertical angle of arrival of the maximum signal energy from the object, which depends on the height of the receiving antenna, the operating frequency range of the NLS and the used measurement algorithm.
5) Решение принятое по уровню сигнала от объекта и скорости изменения пеленга объекта, объединяется с решением принятым по вертикальному углу прихода максимума энергии сигнала от объекта, следующим образом:5) Solution taken by the signal level from the object and the rate of change of the bearing of the object, is combined with the solution taken over the vertical angle of arrival of the maximum signal energy from the object, as follows:
где К - объединенное решение, принятое по трем классификационным признакам.where K is a combined decision based on three classification criteria.
Предлагаемый подход объединения решений (3) означает, что приоритет в принятии объединенного решения отдается решению по вертикальному углу прихода максимума энергии сигнала от объекта, поскольку оно базируется на фундаментальном законе распространения сигнала в морской среде.The proposed approach of combining solutions (3) means that priority in making a combined decision is given to the decision on the vertical angle of arrival of the maximum signal energy from the object, since it is based on the fundamental law of signal propagation in the marine environment.
Эффективность заявляемого способа подтверждена математическим моделированием, которое показало, что при дополнительном использовании для классификации вертикального угла прихода максимума сигнала от объекта в гидроакустических условиях, в которых скорость звука у поверхности моря превосходит скорость звука на глубине погружения носителя ШПС, средняя вероятность правильной классификации ПО и НО повышается на 0,03-0,06 при существенном изменении пеленга объекта на интервале измерения и на 0,11-0,13 при слабом изменении пеленга объекта в интервале измерения.The effectiveness of the proposed method is confirmed by mathematical modeling, which showed that with additional use for the classification of the vertical angle of arrival of the maximum signal from the object in hydroacoustic conditions, in which the speed of sound at the sea surface exceeds the speed of sound at the depth of immersion of the carrier of the NLS, the average probability of correct classification increases by 0.03-0.06 with a significant change in the bearing of the object in the measurement interval and by 0.11-0.13 with a slight change in the bearing of the object in the measurement interval.
Таким образом, обеспечивается повышение достоверности классификации на предельных дальностях обнаружения морских объектов и достигается заявленный технический результат.Thus, an increase in the reliability of the classification at the maximum detection ranges of sea objects is ensured and the claimed technical result is achieved.
Источники информации:Information sources:
1. Телятников В.И. Методы и устройства классификации гидроакустических сигналов // Зарубежная радиоэлектроника, 1979, №9, с. 19-38.1. Telyatnikov V.I. Methods and devices for the classification of hydroacoustic signals // Foreign radio electronics, 1979,
2. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы // СПб.: Наука, 2004.2. Koryakin Yu.A., Smirnov S.A., Yakovlev G.V. Ship sonar technology. State and current problems // St. Petersburg: Nauka, 2004.
3. Патент РФ №26854193. RF patent №2685419
4. Патент РФ №26814324. RF patent No. 2681432
5. Патент РФ №26815265. RF patent No. 2681526
6. Акустика океана. Под ред. Л.М. Бреховских. // М.: Наука, 1974, 693 с. 6. Ocean acoustics. Ed. L.M. Brekhovskikh. // Moscow: Nauka, 1974, 693 p.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118257A RU2746581C1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Method for determining the class of a noisy marine object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118257A RU2746581C1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Method for determining the class of a noisy marine object |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2746581C1 true RU2746581C1 (en) | 2021-04-19 |
Family
ID=75521260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020118257A RU2746581C1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Method for determining the class of a noisy marine object |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2746581C1 (en) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4800541A (en) * | 1987-02-12 | 1989-01-24 | Canadian Patents And Development Limited | Method for underwater acoustic direction sensing |
US5831936A (en) * | 1995-02-21 | 1998-11-03 | State Of Israel/Ministry Of Defense Armament Development Authority - Rafael | System and method of noise detection |
RU2343502C2 (en) * | 2007-02-26 | 2009-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (Росатом) | Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium |
KR20110089011A (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 국방과학연구소 | Target classification method and apparatus thereof |
RU2654365C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-05-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for obtaining information on noisy object in sea |
RU2681526C1 (en) * | 2018-02-22 | 2019-03-07 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for determining noisy target class and distance thereto |
RU2687994C1 (en) * | 2018-05-08 | 2019-05-17 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of classification of marine objects based on weight coefficients of their classification features |
RU2689968C1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-05-29 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of classification of marine objects in a typical sound locating station |
RU2703804C1 (en) * | 2018-10-22 | 2019-10-22 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of classifying marine objects with passive hydroacoustic means |
-
2020
- 2020-05-26 RU RU2020118257A patent/RU2746581C1/en active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4800541A (en) * | 1987-02-12 | 1989-01-24 | Canadian Patents And Development Limited | Method for underwater acoustic direction sensing |
US5831936A (en) * | 1995-02-21 | 1998-11-03 | State Of Israel/Ministry Of Defense Armament Development Authority - Rafael | System and method of noise detection |
RU2343502C2 (en) * | 2007-02-26 | 2009-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (Росатом) | Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium |
KR20110089011A (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 국방과학연구소 | Target classification method and apparatus thereof |
RU2654365C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-05-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for obtaining information on noisy object in sea |
RU2681526C1 (en) * | 2018-02-22 | 2019-03-07 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for determining noisy target class and distance thereto |
RU2689968C1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-05-29 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of classification of marine objects in a typical sound locating station |
RU2687994C1 (en) * | 2018-05-08 | 2019-05-17 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of classification of marine objects based on weight coefficients of their classification features |
RU2703804C1 (en) * | 2018-10-22 | 2019-10-22 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of classifying marine objects with passive hydroacoustic means |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2507645B1 (en) | System and method for discriminating targets at the water surface from targets below the water surface. | |
US20100046326A1 (en) | Method and apparatus for detection and classification of a swimming object | |
CN108957462B (en) | Multi-beam water body data processing method based on flat seabed | |
RU2681432C1 (en) | Noisy target class and distance thereto determining method | |
KR101740157B1 (en) | Optimal Search Position/Depth Determination Method using SONOBUOY | |
CN110488301B (en) | Multi-source information fusion sonar comprehensive target identification method | |
RU2681526C1 (en) | Method for determining noisy target class and distance thereto | |
CN102809744A (en) | Near-field strong interference source inhibition method in underwater far-field target passive positioning process | |
Hjelmervik | Predicting sonar false alarm rate inflation using acoustic modeling and a high-resolution terrain model | |
RU2602759C1 (en) | Method of object in aqueous medium automatic detection and classification | |
RU2746581C1 (en) | Method for determining the class of a noisy marine object | |
RU2724962C1 (en) | Method of determining coordinates of a marine noisy target | |
US7492666B2 (en) | Sonar system having multiple pulse sequences | |
US7483336B2 (en) | Device for avoiding obstacles for high-speed multi-hulled watercraft | |
KR100902560B1 (en) | Apparatus and method for generating warning alarm in a tracking-while-scanning radar | |
RU2703804C1 (en) | Method of classifying marine objects with passive hydroacoustic means | |
RU2689968C1 (en) | Method of classification of marine objects in a typical sound locating station | |
US6704246B1 (en) | Sound-ranging system with submarine buoy | |
Hjelmervik et al. | Predicting false alarm rates for high-resolution antisubmarine warfare sonars in a cluttering environment prone to false alarm rate inflation | |
RU2492497C1 (en) | Method of determining torpedo parameters | |
RU2763114C1 (en) | Method for underwater vehicle observation | |
CN111650159B (en) | Sea surface backscattering strength measuring method | |
Mustonen et al. | Passenger ship source level determination in shallow water environment | |
Dias et al. | Implementation of a Passive Acoustic Barrier for Surveillance | |
RU2760912C1 (en) | Method for determining the class of a noisy marine object |