RU2762349C1 - Method for covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object - Google Patents

Method for covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object Download PDF

Info

Publication number
RU2762349C1
RU2762349C1 RU2021102966A RU2021102966A RU2762349C1 RU 2762349 C1 RU2762349 C1 RU 2762349C1 RU 2021102966 A RU2021102966 A RU 2021102966A RU 2021102966 A RU2021102966 A RU 2021102966A RU 2762349 C1 RU2762349 C1 RU 2762349C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
search
underwater object
signal
autonomous
pinger
Prior art date
Application number
RU2021102966A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Георгиевич Арсентьев
Геннадий Илларионович Криволапов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ)
Priority to RU2021102966A priority Critical patent/RU2762349C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2762349C1 publication Critical patent/RU2762349C1/en

Links

Images

Classifications

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

Landscapes

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

Abstract

FIELD: surveillance.
SUBSTANCE: area of application: the invention relates to the field of underwater navigation and can be used in hydroacoustic monitoring systems for various purposes, integrated underwater surveillance systems, positional network-centric networks for covert hydroacoustic search for underwater objects located at the bottom of a known marine area from a surface search vessel in standby mode after completing the corresponding mission. Substance: the substantial differences of the claimed method are the use of adaptive coherent compensation for concentrated interference of interfering shipping traffic in partial reception paths of a direction-finding antenna, performed in pauses between the intervals of emission of a navigation signal from the underwater object, with frequency separation of interference from different surface sources in three selected sub-bands of frequencies and suspension of coherent compensation for the duration of reception of the navigation signal of the pinger beacon, when processing a navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object on the search vessel, performing linear amplitude detection and post-detector addition of signals of partial reception paths of the direction-finding antenna after coherent compensation, which in combination allows for covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object in conditions of influence of concentrated interference of near and far shipping traffic.
EFFECT: provided covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object from a surface search vessel in conditions of influence of concentrated interference of near and far shipping traffic, implemented by modifying the structure of processing the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object on the search vessel.
1 cl, 9 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области подводной навигации и может быть использовано в системах гидроакустического мониторинга различного назначения, интегрированных системах подводного наблюдения, позиционных сетецентрических сетях для скрытного гидроакустического поиска с надводного поискового судна подводных объектов, находящихся на дне известной морской акватории в спящем режиме после выполнения соответствующей миссии.The proposed invention relates to the field of underwater navigation and can be used in hydroacoustic monitoring systems for various purposes, integrated underwater surveillance systems, positional network-centric networks for covert hydroacoustic search from a surface search vessel for underwater objects located at the bottom of a known sea area in a dormant mode after completing the corresponding mission ...

Известен способ навигации [1], где исследуемый полигон акватории координируют тремя акустическими маяками-ответчиками, с которыми автономный подводный объект взаимодействует, получая запрос и передавая свой акустический сигнал, а маяки передают на поисковое судно свои расстояния до подводного объекта. На судне вычисляют координаты объекта как точку пересечения трех сфер и уточняют их по мере приближения судна к подводному объекту.There is a method of navigation [1], where the investigated polygon of the water area is coordinated by three acoustic transponder beacons, with which the autonomous underwater object interacts, receiving a request and transmitting its acoustic signal, and the beacons transmit their distances to the underwater object to the search vessel. The vessel calculates the coordinates of the object as the point of intersection of three spheres and refines them as the vessel approaches the underwater object.

Этот способ достаточно громоздок, требует больших затрат судового времени для развертывания, дорог в эксплуатации и не обеспечивает скрытности гидроакустического поиска, поскольку сигналы взаимодействия автономного подводного объекта, маяков-ответчиков и поискового судна обнаруживаются и идентифицируются существующими гидроакустическими средствами наблюдения и мониторинга, что является весьма нежелательным обстоятельством при выполнении некоторых разведывательных и мониторинговых задач в различных морских акваториях.This method is rather cumbersome, requires a lot of ship time for deployment, is expensive to operate, and does not ensure the secrecy of hydroacoustic search, since the signals of interaction of an autonomous underwater object, responder beacons and a search vessel are detected and identified by existing hydroacoustic observation and monitoring equipment, which is highly undesirable. circumstance when performing some reconnaissance and monitoring tasks in various sea areas.

Известна гидроакустическая навигационная система [2] с ультракороткой базой для позиционирования подводных объектов, в которой надводное судно оснащается четырехэлементной пеленгационной антенной диаметрально-ортогональной геометрии, а запрашиваемый подводный объект передает на надводное судно комбинированный сигнал, в общем случае, состоящий из навигационного и информационного блоков. Соответствующая обработка этого сигнала позволяет с достаточной точностью определять параметры местоположения подводного объекта: пеленг, угол места, дальность, наклонное расстояние относительно надводного судна и получать от объекта необходимые информационные сообщения. В этой системе также не обеспечивается скрытность, поскольку сигналы взаимодействия подводного объекта и надводного судна обнаруживаются и идентифицируются существующими гидроакустическими средствами наблюдения и мониторинга.Known hydroacoustic navigation system [2] with an ultrashort base for positioning underwater objects, in which the surface vessel is equipped with a four-element direction finding antenna of diametrically-orthogonal geometry, and the requested underwater object transmits to the surface vessel a combined signal, in general, consisting of navigation and information units. Appropriate processing of this signal makes it possible to determine with sufficient accuracy the parameters of the location of the underwater object: bearing, elevation, range, inclination distance relative to the surface vessel, and to receive the necessary information messages from the object. In this system, secrecy is also not provided, since the signals of interaction between the underwater object and the surface vessel are detected and identified by the existing hydroacoustic observation and monitoring means.

Известен способ [3] определения относительно поискового судна местоположения автономного донного подводного аппарата, снабженного маяком-пингером, излучающим периодические тональные импульсные сигналы, предварительно синхронизированные с судовым генератором аналогичных опорных сигналов, при этом сигналы маяка-пингера принимают судовой антенной, вычисляют их временное смещение относительно одноименных опорных сигналов, умножая которое на скорость звука в воде, получают наклонное расстояние от маяка-пингера до судна, используя судовую приемную антенну дипольного типа с минимумом диаграммы направленности и механически вращая ее относительно вертикальной оси, фиксируют пеленг маяка-пингера подводного аппарата относительно судовых координат по минимуму амплитуды принимаемого сигнала, а также используя судовой эхолот, определяют глубину акватории под судном, затем из геометрического построения вычисляют дальность аппарата, что в совокупности с углом пеленга дает оценку ориентировочных, относительно поискового судна, координат автономного донного подводного аппарата, которые постоянно уточняются по мере движения судна в направлении позиционируемого подводного аппарата.There is a method [3] for determining the location of an autonomous underwater vehicle equipped with a pinger beacon, emitting periodic tones, pre-synchronized with the ship's generator of similar reference signals, relative to the search vessel, the pinger beacon signals being received by the ship's antenna, calculating their time offset relative to of the same reference signals, multiplying which by the speed of sound in water, obtain the slant distance from the pinger beacon to the ship, using the ship's receiving antenna of the dipole type with a minimum radiation pattern and mechanically rotating it about the vertical axis, fix the bearing of the pinger beacon of the underwater vehicle relative to the ship coordinates by the minimum amplitude of the received signal, as well as using the ship's echo sounder, the depth of the water area under the ship is determined, then the range of the apparatus is calculated from the geometric construction, which, together with the bearing angle, gives an estimate of the approximate, relative the search vessel, the coordinates of the autonomous bottom underwater vehicle, which are constantly updated as the vessel moves in the direction of the positioned underwater vehicle.

Данному способу также присущ недостаток, связанный с отсутствием скрытности процесса гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта, вследствие использования и возможного опознавания демаскирующих, имеющих искусственное происхождение, акустических сигналов, свидетельствующих, по данным гидроакустической разведки, о самом факте проведения привлекающих внимание подводных работ.This method also has a disadvantage associated with the lack of secrecy of the process of hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object, due to the use and possible identification of unmasking, artificially originated acoustic signals, which, according to hydroacoustic reconnaissance data, indicate the very fact of carrying out attention-grabbing underwater work.

Известен способ [4] скрытного гидроакустического поиска с надводного поискового судна автономного донного подводного объекта, являющийся способом-прототипом заявляемого способа, который предполагает в общем процессе гидроакустического поиска выполнение следующих действий, процедур и операций.The known method [4] of a covert hydroacoustic search from a surface search vessel of an autonomous bottom underwater object, which is a prototype method of the proposed method, which assumes, in the general process of hydroacoustic search, the following actions, procedures and operations.

1. Оборудуют поисковое судно согласованной с его курсом пеленгационной антенной диаметрально-ортогональной геометрии расположения четырех приемных гидрофонов, слабонаправленной передающей гидроакустической антенной, аппаратурой приема и обработки навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта на базе высокостабильного опорного генератора, аппаратурой формирования сигналов активации и всплытия автономного донного подводного объекта, гидроакустическим эхолотом для измерения глубины акватории поиска со структурой зондирующих импульсов, позволяющей обеспечить акустическое восприятие процедуры измерения глубины водной акватории поиска, приближающееся к возможному гибридному шумовому фону морской среды.1. The search vessel is equipped with a direction finding antenna of diametrically orthogonal geometry of the location of four receiving hydrophones, a weakly directional transmitting hydroacoustic antenna, equipment for receiving and processing the navigation signal of a pinger beacon of an autonomous bottom underwater object based on a highly stable reference generator, equipment for generating activation and ascent signals an autonomous bottom underwater object, a hydroacoustic echo sounder for measuring the depth of the search water area with the structure of sounding pulses, which makes it possible to provide acoustic perception of the procedure for measuring the depth of the water area of the search, approaching a possible hybrid noise background of the marine environment.

2. Оснащают автономный донный подводный объект системой изменения плавучести, слабонаправленными приемной и передающей гидроакустическими антеннами, аппаратурой приема и обработки сигналов активации и всплытия поискового судна, маяком-пингером, формирующим, с использованием высокостабильного опорного генератора, повторяющийся навигационный сигнал.2. Equip an autonomous bottom underwater object with a buoyancy change system, weakly directional receiving and transmitting hydroacoustic antennas, equipment for receiving and processing signals for activation and surfacing of a search vessel, a pinger beacon that generates a repetitive navigation signal using a highly stable reference generator.

3. Формируют и запоминают при подготовке миссии автономного подводного объекта на подводном объекте и поисковом судне излучаемые в процессе гидроакустического поиска сигналы: на автономном подводном объекте - навигационный сигнал маяка-пингера, на поисковом судне - сигналы активации и всплытия автономного донного подводного объекта, имеющие заданную структуру, амплитудные, временные и частотные параметры, по акустическому восприятию приближающиеся к возможным фоновым шумам известной акватории поиска, при этом сигналы активации и всплытия поискового судна состоят из двух составляющих: стартовой посылки и посылки опознавания, а навигационный сигнал маяка-пингера автономного донного подводного объекта содержит четыре составляющие: стартовую посылку, посылку опознавания, навигационную посылку в виде гармонического сигнала известной на поисковом судне частоты и маскирующий навигационную посылку квазибелый шум, частотные параметры которого обеспечивают необходимую точность определения угловых координат автономного донного подводного объекта относительно поискового судна в процессе его гидроакустического поиска, кроме этого, структура и параметры излучаемого навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта априорно известны на поисковом судне, а структура и параметры излучаемых сигналов активации и всплытия поискового судна априорно известны на автономном донном подводном объекте.3. During the preparation of the mission of the autonomous underwater object on the underwater object and the search vessel, the signals emitted during the hydroacoustic search are formed and stored: on the autonomous underwater object - the navigation signal of the pinger beacon, on the search vessel - activation and ascent signals of the autonomous bottom underwater object having a given structure, amplitude, time and frequency parameters, by acoustic perception approaching the possible background noise of the known search water area, while the activation and surfacing signals of the search vessel consist of two components: the starting message and the identification message, and the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object contains four components: a starting message, an identification message, a navigation message in the form of a harmonic signal of the frequency known on the search vessel and a quasi-white noise masking the navigation message, the frequency parameters of which ensure the required accuracy in determining the angles x coordinates of the autonomous bottom underwater object relative to the search vessel in the process of its hydroacoustic search, in addition, the structure and parameters of the emitted navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object are a priori known on the search vessel, and the structure and parameters of the emitted signals of activation and surfacing of the search vessel are known a priori at an autonomous bottom underwater facility.

4. Выполняют перед поиском процедуру калибровки парциальных трактов приема навигационного сигнала поискового судна с получением и запоминанием калибровочных поправок.4. Prior to the search, the procedure for calibrating the partial paths for receiving the navigation signal of the search vessel is performed, with the receipt and storage of the calibration corrections.

5. Излучают, по мере продвижения поискового судна по акватории поиска, его передающей антенной в водную среду пространства нижней полусферы, относительно поискового судна, повторяющийся гидроакустический сигнал активации автономного донного подводного объекта, превышающий фоновые шумы водной среды акватории поиска.5. As the search vessel moves along the search water area, its transmitting antenna into the aquatic environment of the lower hemisphere space relative to the search vessel emits a repeating hydroacoustic activation signal of an autonomous bottom underwater object, exceeding the background noise of the water environment of the search water area.

6. Принимают посредством приемной антенны и осуществляют необходимую обработку на автономном донном подводном объекте гидроакустического сигнала активации поискового судна.6. Received by means of the receiving antenna and carry out the necessary processing on the autonomous bottom underwater object of the hydroacoustic activation signal of the search vessel.

7. Переводят оборудование автономного донного подводного объекта, по факту достоверного приема сигнала активации, из спящего в рабочий режим.7. The equipment of the autonomous bottom underwater object is transferred, upon the fact of reliable reception of the activation signal, from the sleeping mode to the operating mode.

8. Излучают передающей антенной автономного донного подводного объекта в водную среду акватории поиска, в направлениях верхней полусферы, относительно морского дна, гидроакустический навигационный сигнал, превышающий фоновые шумы водной среды, сформированный маяком-пингером и повторяющийся с интервалом большим его длительности.8. The transmitting antenna of an autonomous bottom underwater object is emitted into the aquatic environment of the search area, in the directions of the upper hemisphere, relative to the seabed, a hydroacoustic navigation signal, which exceeds the background noise of the aquatic environment, generated by a pinger beacon and repeating with an interval longer than its duration.

9. Принимают пеленгационной антенной поискового судна навигационный сигнал маяка-пингера и подвергают соответствующей обработке, с последующим прекращением, по факту его достоверного приема, излучения передающей антенной поискового судна гидроакустического сигнала активации автономного донного подводного объекта.9. The direction finding antenna of the search vessel receives the navigation signal of the pinger beacon and is subjected to appropriate processing, with the subsequent termination, in fact of its reliable reception, of radiation by the transmitting antenna of the search vessel of the sonar activation signal of the autonomous bottom underwater object.

10. Измеряют и запоминают глубину водной акватории поиска эхолотом поискового судна.10. Measure and store the depth of the water area of the search by the echo sounder of the search vessel.

11. Осуществляют, в процессе поиска, на поисковом судне процедуру определения и запоминания угловых координат автономного донного подводного объекта относительно поискового судна, согласованную с геометрическими параметрами пеленгационной антенны и позволяющую позиционировать автономный донный подводный объект относительно поискового судна с необходимой точностью в условиях малых отношений сигнал/маскирующий шум навигационной посылки маяка-пингера.11. During the search process, on the search vessel, the procedure for determining and storing the angular coordinates of the autonomous bottom underwater object relative to the search vessel is carried out, coordinated with the geometric parameters of the direction finding antenna and allowing the autonomous bottom underwater object to be positioned relative to the search vessel with the required accuracy in conditions of low signal / masking noise of the pinger beacon navigation message.

12. Оценивают и запоминают по определенному углу места и измеренной глубине водной акватории поиска приближенные значения дальности и наклонного расстояния до автономного донного подводного объекта с использованием соответствующих тригонометрических соотношений.12. Approximate values of the range and slope distance to the autonomous bottom underwater object using the corresponding trigonometric ratios are estimated and memorized at a certain elevation angle and measured depth of the water area of the search.

13. Корректируют курс движения поискового судна на основании обновляемых параметров местоположения автономного донного подводного объекта относительно поискового судна, по мере его продвижения по акватории поиска до предварительно определенной безопасной дальности всплытия автономного донного подводного объекта.13. The course of movement of the search vessel is corrected based on the updated parameters of the location of the autonomous bottom underwater object relative to the search vessel, as it moves through the search water area to a predetermined safe ascent range of the autonomous bottom underwater object.

14. Излучают передающей антенной поискового судна в водную среду акватории поиска, в пространстве нижней полусферы, относительно поискового судна, в паузе между излучениями навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта, гидроакустический сигнал всплытия автономного донного подводного объекта, превышающий фоновые шумы водной среды.14. The transmitting antenna of the search vessel is emitted into the aquatic environment of the search water area, in the space of the lower hemisphere, relative to the search vessel, in the pause between the emissions of the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object, the hydroacoustic signal of the ascent of the autonomous bottom underwater object exceeding the background noise of the aquatic environment.

15. Принимают на автономном донном подводном объекте посредством приемной антенны, с осуществлением необходимой обработки, гидроакустический сигнал всплытия.15. Receive on the autonomous bottom underwater object by means of the receiving antenna, with the implementation of the necessary processing, the hydroacoustic signal of ascent.

16. Прекращают, по факту достоверного приема сигнала всплытия, излучение передающей антенной автономного донного подводного объекта навигационного сигнала маяка-пингера.16. On the fact of reliable reception of the ascent signal, the emission of the navigation signal of the pinger beacon by the transmitting antenna of the autonomous bottom underwater object is stopped.

17. Запускают соответствующие исполнительные механизмы системы изменения плавучести автономного донного подводного объекта.17. The corresponding actuators of the system for changing the buoyancy of the autonomous bottom underwater object are launched.

18. Если после первого излучения поисковым судном сигнала всплытия прием навигационных сигналов маяка-пингера автономного донного подводного объекта на поисковом судне не прекращается, то осуществляют повторное излучение сигнала всплытия.18. If, after the first emission by the search vessel of the ascent signal, the reception of navigation signals of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object on the search vessel does not stop, then the re-emission of the ascent signal is carried out.

В качестве необходимых составляющих сигналов активации и всплытия поискового судна, навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта используют фрагменты сонограмм записей звуков морских животных, рыб, ракообразных и шумов мелкого или глубокого моря с заданными амплитудными, временными и частотными параметрами. При этом используемые фрагменты обладают ярко выраженным импульсным характером с хорошо различимой структурой для достоверного импульсного приема, а фрагменты сонограмм записей шумов мелкого или глубокого моря, выбираемые в зависимости от глубины известной акватории поиска автономного подводного объекта и имеющие схожие с квазибелым шумом статистические характеристики, служат основой для формирования шума, маскирующего гармоническую навигационную посылку маяка-пингера автономного донного подводного объекта.Fragments of sonograms of records of sounds of sea animals, fish, crustaceans and noises of the shallow or deep sea with specified amplitude, time and frequency parameters are used as the necessary components of the activation and surfacing signals of the search vessel, the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object. In this case, the fragments used have a pronounced impulse character with a well-distinguishable structure for reliable impulse reception, and fragments of sonograms of recordings of shallow or deep sea noise, selected depending on the depth of the known water area of the search for an autonomous underwater object and having statistical characteristics similar to quasi-white noise, serve as the basis for the formation of noise masking the harmonic navigation message of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object.

Частотные параметры квазибелого шума, маскирующего навигационную посылку маяка-пингера автономного донного подводного объекта, определяют, исходя из необходимой точности оценки угловых координат автономного донного подводного объекта относительно поискового судна в процессе его гидроакустического поиска, обеспечивая превышение нижней граничной частоты его спектра над частотой гармонических колебаний навигационной посылки не менее пяти раз, а верхнюю граничную частоту спектра квазибелого шума согласовывают с верхней границей полосы пропускания передающего тракта автономного донного подводного объекта.The frequency parameters of the quasi-white noise masking the navigation message of the pinger beacon of the autonomous underwater object are determined based on the required accuracy of estimating the angular coordinates of the autonomous bottom underwater object relative to the search vessel during its hydroacoustic search, ensuring that the lower boundary frequency of its spectrum exceeds the frequency of harmonic oscillations of the navigation transmissions at least five times, and the upper cutoff frequency of the quasi-white noise spectrum is matched with the upper border of the passband of the transmission path of the autonomous bottom underwater object.

В процессе гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта в пределах акватории поиска возможно появление различных надводных судов, проходящих мимо поискового судна на различных расстояниях и создающих помехи приему навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта на поисковом судне, возникающие за счет отражения шумовых гидроакустических сигналов надводных судов от морского дна.During the hydroacoustic search of an autonomous bottom underwater object within the search water area, it is possible that various surface vessels may appear, passing by the search vessel at different distances and interfering with the reception of the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object on the search vessel, arising from the reflection of the noise hydroacoustic signals of the surface vessels. ships from the seabed.

На фиг. 1 представлен пример возникновения двух помех от проходящих надводных судов при гидроакустическом поиске автономного необитаемого подводного аппарата, где обозначены: 1 - надводное поисковое судно; 2 - автономный необитаемый подводный аппарат; 3 - пеленгационная антенна поискового судна; 4 - илистое морское дно; 5, 6 - проходящие надводные суда; 7 - скальные фрагменты морского дна; ϕ, θ - пеленг и угол места автономного необитаемого подводного аппарата в системе координат пеленгационной антенны поискового судна; d - дальность автономного необитаемого подводного аппарата; h - глубина погружения необитаемого подводного аппарата; rн - наклонное расстояние от поискового судна до необитаемого подводного аппарата.FIG. 1 shows an example of the occurrence of two interferences from passing surface vessels during hydroacoustic search of an autonomous unmanned underwater vehicle, where the following are indicated: 1 - surface search vessel; 2 - autonomous unmanned underwater vehicle; 3 - direction finding antenna of the search vessel; 4 - muddy seabed; 5, 6 - passing surface vessels; 7 - rocky fragments of the seabed; ϕ, θ - bearing and elevation angle of the autonomous unmanned underwater vehicle in the coordinate system of the direction finding antenna of the search vessel; d is the range of an autonomous unmanned underwater vehicle; h is the immersion depth of an unmanned underwater vehicle; r n - the slope distance from the search vessel to the unmanned underwater vehicle.

Представленный пример возможного отражения от скальных фрагментов морского дна мешающих гидроакустических сигналов проходящих судов соответствует появлению при обработке на поисковом судне сигнала маяка-пингера автономного необитаемого подводного аппарата двух помех, источники которых (места отражения от скальных фрагментов морского дна) имеют углы места (в системе координат пеленгационной антенны поискового судна), превышающие угол места позиционируемого автономного необитаемого подводного аппарата.The presented example of a possible reflection from rock fragments of the seabed of interfering hydroacoustic signals of passing vessels corresponds to the appearance, when processing a pinger beacon signal of an autonomous unmanned underwater vehicle on a search vessel, two interference sources, the sources of which (places of reflection from rock fragments of the seabed) have elevation angles (in the coordinate system direction finding antenna of the search vessel) exceeding the elevation angle of the positioned autonomous unmanned underwater vehicle.

Военные корабли и гражданские суда, курсирующие в различных акваториях мирового океана, являются весьма сильными источниками помех в процессе рассматриваемого гидроакустического поиска автономных подводных объектов. Создаваемые этими объектами шумы, условно можно разделить на три группы: шумы машин и вспомогательных механизмов, шумы, связанные с работой гребных винтов, и гидродинамические шумы.Warships and civilian ships plying in various waters of the world's oceans are very strong sources of interference in the process of the considered hydroacoustic search for autonomous underwater objects. The noises created by these objects can be conditionally divided into three groups: noises of machines and auxiliary mechanisms, noises associated with the operation of propellers, and hydrodynamic noises.

На фиг. 2 показаны наиболее типичные спектры шумов различных надводных судов, взятые из источников [5].FIG. 2 shows the most typical noise spectra of various surface vessels taken from sources [5].

Шумовые помехи надводных судов, согласно имеющейся статистике, можно отнести к категории сосредоточенных (узкополосных) помех с частотными спектрами, расположенными в относительно низкочастотной (с точки зрения дальности распространения акустических колебаний) области частот (от десятков герц до одного килогерца), вследствие чего уровни таких помех в местах возможного приема навигационных сигналов при поиске подводных объектов могут превышать уровень флуктуационных шумов морской среды на 80-100 дБ.Noise interference from surface vessels, according to available statistics, can be classified as concentrated (narrow-band) interference with frequency spectra located in a relatively low-frequency (in terms of the range of propagation of acoustic vibrations) frequency range (from tens of hertz to one kilohertz), as a result of which the levels of such interference in places of possible reception of navigation signals when searching for underwater objects can exceed the level of fluctuation noise of the marine environment by 80-100 dB.

При математической оценке эффективности подавления сосредоточенных помех в различных радиотехнических системах используется модель помехи в виде узкополосного случайного процесса с изменяющимися амплитудой и фазой колебаний заданной средней частоты ее энергетического спектра [6].In a mathematical assessment of the effectiveness of suppression of concentrated interference in various radio engineering systems, the interference model is used in the form of a narrow-band random process with varying amplitude and phase of oscillations of a given average frequency of its energy spectrum [6].

Рекомендуемые в способе-прототипе [4] частотно-временные параметры навигационного сигнала, излучаемого маяком-пингером автономного донного подводного объекта, представленные на фиг. 3, позволяют сделать два важных системных вывода:Recommended in the prototype method [4], the time-frequency parameters of the navigation signal emitted by the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object, shown in FIG. 3, allow us to draw two important system conclusions:

- навигационный сигнал общей длительностью не более 2.22 секунд излучается в процессе гидроакустического поиска с периодичностью не менее 8 секунд, то есть обладает большой скважностью с временным интервалом, на котором могут присутствовать только помехи - флуктуационные шумы морской среды и сосредоточенные помехи ближнего и дальнего судоходства, но отсутствует навигационный сигнал маяка-пингера автономного донного подводного объекта;- a navigation signal with a total duration of no more than 2.22 seconds is emitted during the hydroacoustic search with a frequency of at least 8 seconds, that is, it has a large duty cycle with a time interval at which only interference can be present - fluctuation noise of the marine environment and concentrated interference of near and long distance navigation, but there is no navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object;

- частотные спектры сосредоточенных помех ближнего и дальнего судоходства находятся в диапазоне частот посылки опознавания навигационного сигнала маяка-пингера, что не позволяет подавить на приеме помехи судоходства путем обычной частотной фильтрации и осуществить достоверный прием на поисковом судне посылки опознавания навигационного сигнала маяка-пингера с последующей обработкой навигационной посылки в процессе поиска автономного донного подводного объекта.- the frequency spectra of lumped interference for near and long-distance navigation are in the frequency range of the pinger beacon navigation signal identification message, which does not allow suppression of navigation interference by means of conventional frequency filtering and reliable reception of the pinger beacon navigation signal identification message on the search vessel with subsequent processing navigation message in the process of searching for an autonomous bottom underwater object.

Техническим результатом заявляемого способа является осуществление скрытного гидроакустического поиска с надводного поискового судна автономного донного подводного объекта в условиях воздействия сосредоточенных помех ближнего и дальнего судоходства, реализованного за счет видоизменения структуры обработки навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта на поисковом судне.The technical result of the proposed method is the implementation of a covert hydroacoustic search from a surface search vessel of an autonomous bottom underwater object under the influence of concentrated interference from near and long-distance navigation, implemented by modifying the structure of processing the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object on a search vessel.

Данный технический результат достигается за счет того, что в способе скрытного гидроакустического поиска с надводного поискового судна автономного донного подводного объекта, находящегося в спящем режиме на дне известной морской акватории после выполнения соответствующей миссии, заключающемся в оборудовании поискового судна согласованной с его курсом пеленгационной антенной диаметрально-ортогональной геометрии расположения четырех приемных гидрофонов, слабонаправленной передающей гидроакустической антенной, аппаратурой приема и обработки навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта на базе высокостабильного опорного генератора, аппаратурой формирования сигналов активации и всплытия автономного донного подводного объекта, гидроакустическим эхолотом для измерения глубины акватории поиска со структурой зондирующих импульсов, позволяющей обеспечить акустическое восприятие процедуры измерения глубины водной акватории поиска, приближающееся к возможному гибридному шумовому фону морской среды, в оснащении автономного донного подводного объекта системой изменения плавучести, слабонаправленными приемной и передающей гидроакустическими антеннами, аппаратурой приема и обработки сигналов активации и всплытия поискового судна, маяком-пингером, формирующим, с использованием высокостабильного опорного генератора, повторяющийся навигационный сигнал, в формировании и запоминании при подготовке миссии автономного подводного объекта на подводном объекте и поисковом судне излучаемых в процессе гидроакустического поиска сигналов: на автономном подводном объекте - навигационного сигнала маяка-пингера, на поисковом судне - сигналов активации и всплытия автономного донного подводного объекта, имеющих заданную структуру, амплитудные, временные и частотные параметры, по акустическому восприятию приближающихся к возможным фоновым шумам известной акватории поиска, при этом сигналы активации и всплытия поискового судна состоят из двух составляющих: стартовой посылки и посылки опознавания, а навигационный сигнал маяка-пингера автономного донного подводного объекта содержит четыре составляющие: стартовую посылку, посылку опознавания, навигационную посылку в виде гармонического сигнала известной на поисковом судне частоты и маскирующий навигационную посылку квазибелый шум, частотные параметры которого обеспечивают необходимую точность определения угловых координат автономного донного подводного объекта относительно поискового судна в процессе его гидроакустического поиска, кроме этого, структура и параметры излучаемого навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта априорно известны на поисковом судне, а структура и параметры излучаемых сигналов активации и всплытия поискового судна априорно известны на автономном донном подводном объекте, в выполнении перед поиском процедуры калибровки парциальных трактов приема навигационного сигнала поискового судна с получением и запоминанием калибровочных поправок, в повторяющемся, по мере продвижения поискового судна по акватории поиска, излучении его передающей антенной в водную среду пространства нижней полусферы, относительно поискового судна, гидроакустического сигнала активации автономного донного подводного объекта, превышающего фоновые шумы водной среды акватории поиска, в приеме посредством приемной антенны и необходимой обработке на автономном донном подводном объекте гидроакустического сигнала активации поискового судна, в переводе оборудования автономного донного подводного объекта, по факту достоверного приема сигнала активации, из спящего в рабочий режим, в излучении передающей антенной автономного донного подводного объекта в водную среду акватории поиска, в направлениях верхней полусферы, относительно морского дна, гидроакустического навигационного сигнала, превышающего фоновые шумы водной среды, сформированного маяком-пингером и повторяющегося с интервалом большим его длительности, в приеме пеленгационной антенной поискового судна навигационного сигнала маяка-пингера и его соответствующей обработке, с последующим прекращением, по факту его достоверного приема, излучения передающей антенной поискового судна гидроакустического сигнала активации автономного донного подводного объекта, в измерении и запоминании глубины водной акватории поиска эхолотом поискового судна, в осуществлении, в процессе поиска, на поисковом судне процедуры определения и запоминания угловых координат автономного донного подводного объекта относительно поискового судна, согласованной с геометрическими параметрами пеленгационной антенны и позволяющей позиционировать автономный донный подводный объект относительно поискового судна с необходимой точностью в условиях малых отношений сигнал/маскирующий шум навигационной посылки маяка-пингера, в оценке и запоминании по определенному углу места и измеренной глубине водной акватории поиска приближенных значений дальности и наклонного расстояния до автономного донного подводного объекта с использованием соответствующих тригонометрических соотношений, в корректировке курса движения поискового судна на основании обновляемых параметров местоположения автономного донного подводного объекта относительно поискового судна, по мере его продвижения по акватории поиска до предварительно определенной безопасной дальности всплытия автономного донного подводного объекта, в излучении передающей антенной поискового судна в водную среду акватории поиска, в пространстве нижней полусферы, относительно поискового судна, в паузе между излучениями навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта, гидроакустического сигнала всплытия автономного донного подводного объекта, превышающего фоновые шумы водной среды, в приеме посредством приемной антенны и необходимой обработке на автономном донном подводном объекте гидроакустического сигнала всплытия, в прекращении, по факту достоверного приема сигнала всплытия, излучения передающей антенной автономного донного подводного объекта навигационного сигнала маяка-пингера, в запуске соответствующих исполнительных механизмов системы изменения плавучести автономного донного подводного объекта, видоизменяют структуру обработки навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта на поисковом судне: разделяют возможный частотный диапазон сосредоточенных помех мешающего судоходства на три поддиапазона - по максимальному количеству помех, которые можно подавить с использованием четырехэлементной пеленгационной антенны, организуют из четырех парциальных трактов приема пеленгационной антенны четыре группы каналов обработки сигналов, из четырех каналов приема в каждой группе, по принципу «три для одного» - для подавления сосредоточенных помех в одном, основном, канале приема группы используют три соответствующих вспомогательных канала приема, осуществляют в каждой группе каналов обработки сигналов, во время отсутствия излучения кратковременно повторяющегося в процессе гидроакустического поиска сигнала маяка-пингера, когерентную компенсацию колебаний сосредоточенных помех основного канала приема взвешенными колебаниями сосредоточенных помех вспомогательных каналов приема с использованием операции адаптивного комплексного взвешивания, при этом сигналы каждого вспомогательного канала приема подвергают частотной фильтрации в соответствующем поддиапазоне возможного частотного диапазона сосредоточенных помех мешающего судоходства, затем выполняют линейное амплитудное детектирование и последетекторное сложение сигналов парциальных трактов приема пеленгационной антенны, осуществляют, с появлением излучения маяка-пингера, последетекторный прием стартовой посылки навигационного сигнала, после чего на известное время, соответствующее суммарной длительности посылки опознавания и навигационной посылки маяка-пингера, приостанавливают операцию адаптивного комплексного взвешивания с сохранением ранее полученных коэффициентов комплексного взвешивания, выполняют прием посылки опознавания сигнала маяка-пингера, реализуют, после вынесения решения о достоверном приеме посылки опознавания сигнала маяка-пингера, процедуру определения угловых координат автономного донного подводного объекта относительно поискового судна с предварительной полосовой фильтрацией сигнала маяка-пингера в полосе частот его замаскированной шумом навигационной посылки и подавлением вне полосы фильтрации сосредоточенных помех судоходства.This technical result is achieved due to the fact that in the method of covert hydroacoustic search from a surface search vessel of an autonomous bottom underwater object, which is in a dormant mode at the bottom of a known sea area after completing a corresponding mission, which consists in equipping the search vessel with a diametric direction finding antenna, which is coordinated with its course. orthogonal geometry of the arrangement of four receiving hydrophones, a weakly directional transmitting hydroacoustic antenna, equipment for receiving and processing the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object based on a highly stable reference generator, equipment for generating activation signals and ascent of an autonomous bottom underwater object, a sonar echo sounder for measuring the depth of the search water area structure of sounding pulses, allowing to provide acoustic perception of the procedure for measuring the depth of the water area of the search, approaching a possible hybrid noise background of the marine environment, in equipping an autonomous bottom underwater object with a buoyancy change system, weakly directional receiving and transmitting hydroacoustic antennas, equipment for receiving and processing signals for activation and surfacing of a search vessel, a pinger beacon that generates, using a highly stable reference generator, a repetitive navigation signal, in the formation and memorization during the preparation of the mission of an autonomous underwater object on an underwater object and a search vessel, the signals emitted during the hydroacoustic search process: on an autonomous underwater object - a navigation signal of a pinger beacon, on a search vessel - activation and ascent signals of an autonomous underwater bottom object having a given structure , amplitude, time and frequency parameters, according to the acoustic perception, approaching the possible background noise of the known search area, while the activation and surfacing signals of the search vessel consist of two components: signals and identification messages, and the navigation signal of the pinger-beacon of an autonomous underwater object contains four components: a starting message, an identification message, a navigation message in the form of a harmonic signal of the frequency known on the search vessel and a quasi-white noise masking the navigation message, the frequency parameters of which ensure the required determination accuracy angular coordinates of the autonomous bottom underwater object relative to the search vessel in the process of its hydroacoustic search, in addition, the structure and parameters of the emitted navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object are a priori known on the search vessel, and the structure and parameters of the emitted signals of activation and surfacing of the search vessel are known a priori on an autonomous seabed underwater object, in the execution before the search of the procedure for the calibration of the partial paths for receiving the navigation signal of the search vessel with the receipt and storage of calibration corrections, in a repetitive , as the search vessel moves through the search water area, its transmitting antenna radiates into the aquatic environment of the lower hemisphere, relative to the search vessel, the hydroacoustic signal of activation of an autonomous bottom underwater object, exceeding the background noise of the water environment of the search water area, in reception by the receiving antenna and the necessary processing on an autonomous bottom underwater object of a hydroacoustic signal of activation of a search vessel, in translation of the equipment of an autonomous bottom underwater object, upon the fact of reliable reception of an activation signal, from a sleeping mode to an operating mode, in the radiation of a transmitting antenna of an autonomous bottom underwater object into the aquatic environment of the search water area, in the directions of the upper hemisphere, relative to the seabed, a hydroacoustic navigation signal exceeding the background noise of the aquatic environment, generated by a pinger beacon and repeated with an interval longer than its duration, in the reception of the direction finding antenna of a search vessel on the signal of the pinger beacon and its corresponding processing, with the subsequent termination, upon the fact of its reliable reception, of the emission by the transmitting antenna of the search vessel of the hydroacoustic signal of activation of the autonomous bottom underwater object, in measuring and storing the depth of the water area of the search by the echo sounder of the search vessel, in implementation, in the process search, on the search vessel, the procedure for determining and storing the angular coordinates of the autonomous underwater bottom object relative to the search vessel, coordinated with the geometrical parameters of the direction finding antenna and allowing positioning of the autonomous bottom underwater object relative to the search vessel with the required accuracy in conditions of low signal / masking noise ratio of the navigation signal of the beacon - pinger, in assessing and memorizing at a certain elevation angle and measured depth of the water area of the search for approximate values of the range and slope distance to the autonomous bottom underwater object using the appropriate trigonometric ratios, in correcting the course of movement of the search vessel based on the updated parameters of the location of the autonomous bottom underwater object relative to the search vessel, as it moves through the search water area to a predetermined safe surfacing range of the autonomous bottom underwater object, in the radiation of the transmitting antenna of the search vessel into the aquatic environment the search water area, in the space of the lower hemisphere, relative to the search vessel, in the pause between the emissions of the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object, the hydroacoustic signal of the ascent of the autonomous bottom underwater object, exceeding the background noise of the aquatic environment, in the reception through the receiving antenna and the necessary processing on the autonomous the bottom underwater object of the hydroacoustic ascent signal, in the termination, on the fact of reliable reception of the ascent signal, the radiation by the transmitting antenna of the autonomous bottom underwater object of the navigation on the signal of the pinger beacon, in the launch of the corresponding actuators of the system for changing the buoyancy of the autonomous bottom underwater object, modify the structure of processing the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object on the search vessel: divide the possible frequency range of concentrated interference of interfering navigation into three sub-bands - according to the maximum number interference that can be suppressed using a four-element direction finding antenna, four groups of signal processing channels are organized from four partial DF antenna receiving paths, of four receiving channels in each group, according to the “three for one” principle - to suppress concentrated interference in one, basically, the receiving channel of the group uses three corresponding auxiliary receiving channels, carried out in each group of signal processing channels, during the absence of radiation, the signal of the pinger beacon, which is briefly repeated during the hydroacoustic search, coherent compensation of oscillations of concentrated interference of the main reception channel with weighted oscillations of concentrated interference of auxiliary reception channels using the operation of adaptive complex weighting, while the signals of each auxiliary reception channel are subjected to frequency filtering in the corresponding subband of the possible frequency range of concentrated interference of interfering navigation, then linear amplitude detection and post-detection the addition of the signals of the partial reception paths of the direction finding antenna is carried out, with the appearance of the radiation of the pinger beacon, the post-detector reception of the starting message of the navigation signal, after which for a known time corresponding to the total duration of the identification message and the navigation message of the pinger beacon, the operation of the adaptive complex weighing is suspended with the saving earlier of the obtained complex weighting coefficients, receive the pinger beacon signal identification message, rea lick, after making a decision on the reliable reception of the pinger beacon signal identification message, the procedure for determining the angular coordinates of the autonomous bottom underwater object relative to the search vessel with preliminary band-pass filtering of the pinger beacon signal in the frequency band of its navigation message masked by noise and suppression of concentrated navigation interference outside the filtering band ...

Существенными отличиями заявляемого способа являются использование при обработке на поисковом судне навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта адаптивной когерентной компенсации сосредоточенных помех мешающего судоходства в парциальных трактах приема пеленгационной антенны, выполняемой в паузах между интервалами излучения навигационного сигнала с подводного объекта, с частотным разделением помех от разных надводных источников в трех выбранных поддиапазонах частот и приостановкой когерентной компенсации на время приема навигационного сигнала маяка-пингера, осуществление после когерентной компенсации линейного амплитудного детектирования и последетекторного сложения сигналов парциальных трактов приема пеленгационной антенны, что в совокупности позволяет осуществлять скрытный гидроакустический поиск автономного донного подводного объекта в условиях воздействия сосредоточенных помех ближнего и дальнего судоходства.Significant differences of the proposed method are the use of adaptive coherent compensation of lumped interference of disturbing navigation in the partial reception paths of the direction finding antenna performed in the pauses between the intervals of radiation of the navigation signal from the underwater object, with frequency separation of interference from different surface sources in three selected frequency subbands and the suspension of coherent compensation for the time of receiving the navigation signal of the pinger beacon, after coherent compensation of linear amplitude detection and post-detector addition of signals from the partial reception paths of the direction finding antenna, which together allows for a covert sonar search for an autonomous bottom underwater object under the influence of concentrated interference of near and long distance navigation.

Совокупность существенных признаков заявляемого способа имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом, из чего можно заключить, что данное техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем, так как явным образом не следует из существующего уровня техники, и пригодно для практического применения.The set of essential features of the proposed method has a causal relationship with the achieved technical result, from which it can be concluded that this technical solution is new, has an inventive step, since it does not explicitly follow from the existing level of technology, and is suitable for practical use.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.The proposed invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен пример возникновения двух помех от проходящих надводных судов при гидроакустическом поиске автономного необитаемого донного подводного аппарата.FIG. 1 shows an example of the occurrence of two interference from passing surface vessels during hydroacoustic search of an autonomous uninhabited bottom underwater vehicle.

На фиг. 2 показаны наиболее типичные спектры шумов различных надводных судов.FIG. 2 shows the most typical noise spectra of various surface vessels.

На фиг. 3 изображена частотно-временная структура навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта.FIG. 3 shows the time-frequency structure of the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object.

Фиг. 4 поясняет структуру обработки навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта на поисковом судне в процессе гидроакустического поиска.FIG. 4 explains the structure of processing the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object on a search vessel in the process of hydroacoustic search.

Фиг. 5 отображает соотношение диапазонов частот посылки опознавания навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта и возможного диапазона частот сосредоточенных помех мешающего судоходства.FIG. 5 depicts the ratio of the frequency bands of the identification message of the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object and the possible frequency range of concentrated interference interfering with navigation.

На фиг. 6 представлены укрупненные функциональные операции когерентной компенсации сосредоточенных помех мешающего судоходства в парциальных трактах приема пеленгационной антенны поискового судна.FIG. 6 shows the enlarged functional operations of coherent compensation of lumped interference of interfering navigation in the partial reception paths of the direction finding antenna of the search vessel.

На фиг. 7 показан пример технической реализации группы каналов обработки сигналов для осуществления адаптивной когерентной компенсации сосредоточенных помех мешающего судоходства в каждом парциальном тракте приема пеленгационной антенны поискового судна.FIG. 7 shows an example of the technical implementation of a group of signal processing channels for the implementation of adaptive coherent compensation of lumped interference from disturbing navigation in each partial path for receiving the direction finding antenna of a search vessel.

На фиг. 8 и фиг. 9 представлены результаты моделирования, по оценке энергетической эффективности когерентной компенсации трех сосредоточенных помех мешающего судоходства на поисковом судне.FIG. 8 and FIG. 9 shows the results of modeling, according to the assessment of the energy efficiency of coherent compensation of three lumped interference interfering with navigation on a search vessel.

Порядок действий общего процесса скрытного гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта заявляемого способа аналогичен порядку действий способа-прототипа, отличия проявляются в действиях частного процесса - обработке навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта на поисковом судне.The procedure for the general process of a covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object of the proposed method is similar to the procedure for the prototype method, the differences are manifested in the actions of a private process - the processing of the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object on a search vessel.

Обработка навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта на поисковом судне в процессе скрытного гидроакустического поиска предполагает выполнение следующего порядка действий, процедур и операций, которые для наглядности восприятия представлены в виде графической структуры на фиг. 4.The processing of the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object on the search vessel in the process of covert hydroacoustic search involves the implementation of the following order of actions, procedures and operations, which for clarity of perception are presented in the form of a graphical structure in Fig. 4.

1. Принимают гидроакустические сигналы водной среды акватории поиска пеленгационной антенной диаметрально-ортогональной геометрии расположения четырех приемных гидрофонов. Такими сигналами являются продолжительные по времени флуктуационные шумы морской среды, сосредоточенные помехи мешающего судоходства и кратковременный навигационный сигнал маяка-пингера автономного донного подводного объекта.1. The hydroacoustic signals of the aquatic environment of the search area are received by the direction-finding antenna of the diametrically-orthogonal geometry of the location of the four receiving hydrophones. Such signals are long-term fluctuation noises of the marine environment, lumped interference from interfering navigation, and a short-term navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object.

2. Усиливают принятые гидрофонами пеленгационной антенны сигналы парциальных трактов приема до уровня, необходимого для их дальнейшей обработки.2. The signals of the partial reception paths, received by the hydrophones of the direction finding antenna, are amplified to the level necessary for their further processing.

3. Осуществляют адаптивную когерентную компенсацию [7] сосредоточенных помех мешающего судоходства в парциальных трактах приема пеленгационной антенны с выполнением следующих действий и операций.3. Carry out adaptive coherent compensation [7] of concentrated interference of interfering navigation in the partial paths of receiving direction finding antenna with the following actions and operations.

3.1. Разделяют возможный частотный диапазон сосредоточенных помех мешающего судоходства на три поддиапазона - по максимальному количеству помех, которые можно подавить с использованием четырехэлементной пеленгационной антенны, для частотной фильтрации помех разных надводных источников, рассредоточенных по акватории поиска, спектры частот которых попадают в соответствующие поддиапазоны возможного частотного диапазона сосредоточенных помех мешающего судоходства.3.1. The possible frequency range of lumped interference disturbing navigation is divided into three sub-bands - according to the maximum amount of interference that can be suppressed using a four-element direction finding antenna, for frequency filtering of interference from various surface sources dispersed over the search area, the frequency spectra of which fall into the corresponding sub-bands of the possible frequency range of concentrated interference with interfering shipping.

На фиг. 5 схематично показано соотношение диапазонов частот широкополосной посылки опознавания маяка-пингера автономного донного подводного объекта и узкополосных помех мешающего судоходства, где обозначены: ΔFs - диапазон частот посылки опознавания маяка-пингера автономного донного подводного объекта; ΔFp - возможный диапазон частот сосредоточенных помех мешающего судоходства; ΔF1, ΔF2, ΔF3 - выбранные для частотной фильтрации поддиапазоны частот сосредоточенных помех мешающего судоходства.FIG. 5 schematically shows the ratio of the frequency ranges of the broadband pinger identification message of an autonomous bottom underwater object and narrowband interference disturbing navigation, where: ΔF s is the frequency range of the pinger identification message of an autonomous bottom underwater object; ΔF p - possible frequency range of lumped disturbances to obstructing navigation; ΔF 1 , ΔF 2 , ΔF 3 - sub-bands of frequencies of concentrated disturbances of disturbing navigation selected for frequency filtering.

В соответствии с частотными параметрами навигационного сигнала, излучаемого маяком-пингером автономного донного подводного объекта, и типичными спектрами шумов надводных судов, представленными на фиг. 3 и фиг. 2, а также предпочтительной схемотехнической реализацией октавных полосовых фильтров низкочастотного диапазона, возможен выбор следующих величин диапазона частот посылки опознавания навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта и поддиапазонов частот сосредоточенных помех мешающего судоходства: ΔFs=0.1…8 кГц (полоса частот 7.9 кГц), ΔF1=0.1…0.2 кГц (полоса частот 100 Гц), ΔF2=0.2…0.4 кГц (полоса частот 200 Гц), ΔF3=0.4…0.8 кГц (полоса частот 400 Гц).In accordance with the frequency parameters of the navigation signal emitted by the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object and the typical noise spectra of surface vessels shown in Figs. 3 and FIG. 2, as well as the preferred circuit design of the octave bandpass filters of the low-frequency range, it is possible to select the following values for the frequency range of the identification message for the navigation signal of the autonomous bottom underwater object and the frequency sub-ranges of concentrated interference of disturbing navigation: ΔF s = 0.1 ... 8 kHz (frequency band 7.9 kHz ), ΔF 1 = 0.1 ... 0.2 kHz (frequency band 100 Hz), ΔF 2 = 0.2 ... 0.4 kHz (frequency band 200 Hz), ΔF 3 = 0.4 ... 0.8 kHz (frequency band 400 Hz).

3.2. Организуют из четырех парциальных трактов приема пеленгационной антенны четыре группы каналов обработки сигналов, из четырех каналов приема в каждой группе, по принципу «три для одного» - для подавления сосредоточенных помех в одном, основном, канале приема группы используют три соответствующих вспомогательных канала приема.3.2. Four groups of signal processing channels are organized from four partial DF antenna receiving channels, of four receiving channels in each group, according to the “three for one” principle - to suppress concentrated interference in one main receiving channel of the group, three corresponding auxiliary receiving channels are used.

3.3. Осуществляют в каждой группе каналов обработки сигналов, во время отсутствия излучения кратковременно повторяющегося в процессе гидроакустического поиска навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта, когерентную компенсацию колебаний сосредоточенных помех основного канала приема взвешенными колебаниями сосредоточенных помех вспомогательных каналов приема с использованием операции адаптивного комплексного взвешивания, при этом сигналы каждого вспомогательного канала приема подвергают частотной фильтрации в соответствующем поддиапазоне возможного частотного диапазона сосредоточенных помех мешающего судоходства.3.3. In each group of signal processing channels, during the absence of radiation, which is briefly repeated in the process of hydroacoustic search for the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object, coherent compensation of oscillations of concentrated interference of the main reception channel by weighted oscillations of concentrated interference of auxiliary reception channels using the operation of adaptive complex weighing is carried out, in this case, the signals of each auxiliary reception channel are subjected to frequency filtering in the corresponding sub-band of the possible frequency range of lumped interference interfering with navigation.

Когерентная компенсация сосредоточенных помех в парциальных трактах приема пеленгационной антенны с группировкой по принципу «три для одного» может быть представлена укрупненными функциональными операциями, показанными на фиг. 6, где обозначены: 1 - усиление сигналов парциальных трактов приема пеленгационной антенны, 2 - частотная фильтрация колебаний помех в поддиапазоне частот ΔF1, 3 - частотная фильтрация колебаний помех в поддиапазоне частот ΔF2, 4 - частотная фильтрация колебаний помех в поддиапазоне частот ΔF3, 5 - формирование коэффициентов комплексного взвешивания для когерентной компенсации колебаний помех в соответствующем парциальном тракте приема, 6 - комплексное взвешивание колебаний помех соответствующих парциальных трактов приема трех частотных поддиапазонов, 7 - вычитание из колебаний помех соответствующего парциального тракта приема взвешенных колебаний помех трех частотных поддиапазонов возможного частотного диапазона сосредоточенных помех мешающего судоходства.Coherent compensation of concentrated interference in the partial reception paths of a DF antenna with a three-for-one constellation can be represented by the enlarged functional operations shown in FIG. 6, where are indicated: 1 - amplification of signals of partial reception paths of the direction finding antenna, 2 - frequency filtering of interference oscillations in the frequency subband ΔF 1 , 3 - frequency filtering of interference oscillations in the frequency subband ΔF 2 , 4 - frequency filtering of interference oscillations in the frequency subband ΔF 3 , 5 - formation of complex weighting coefficients for coherent compensation of interference oscillations in the corresponding partial reception path, 6 - complex weighting of interference oscillations of the corresponding partial reception paths of three frequency subbands, 7 - subtraction from the interference oscillations of the corresponding partial reception path of weighted interference oscillations of three frequency subbands the range of lumped interference obstructing navigation.

Пример технической реализации группы каналов обработки сигналов для осуществления адаптивной когерентной компенсации сосредоточенных помех мешающего судоходства в каждом парциальном тракте приема пеленгационной антенны поискового судна показан на фиг. 7, где обозначены: Ф1, Ф2, Ф3 - полосовые частотные фильтры с полосами частот ΔF1, ΔF2, ΔF3 соответственно; КП - квадратурные преобразователи сигналов; П1 - умножители сигналов; П2 - умножители сигналов с предельным ограничением умножаемых сигналов; И - управляемые интеграторы; С - сумматор сигналов; Инв - инвертор сигналов.An example of the technical implementation of a group of signal processing channels for the implementation of adaptive coherent compensation of lumped interference from interfering navigation in each partial path for receiving a direction finding antenna of a search vessel is shown in Fig. 7, where indicated: F1, F2, F3 - band pass filters with frequency bands ΔF 1 , ΔF 2 , ΔF 3, respectively; KP - quadrature signal converters; P1 - signal multipliers; P2 - signal multipliers with limit limitation of the multiplied signals; And - managed integrators; С - signal adder; Inv - signal inverter.

Представленная на фиг. 7 структура функциональных связей элементов группы каналов обработки сигналов реализует адаптивную когерентную компенсацию сигналов, поступающих на Вход 1, взвешенными сигналами, поступающими на Входы 2, 3, 4, по методу наискорейшего градиентного спуска [7] с формированием соответствующих коэффициентов W1…W6 комплексного взвешивания. Для осуществления адаптивной когерентной компенсации сосредоточенных помех в трактах приема пеленгационной антенны поискового судна организуют подключения Входов 1-4 каждой из четырех групп каналов обработки сигналов к соответствующим трактам приема пеленгационной антенны. Порядок подключений приведен в табл. 1.Shown in FIG. 7 functional linkages structure of elements of the signal processing channels implements adaptive coherent compensation signals arriving at input 1, the weighted signals are applied to inputs 2, 3, 4, the method of steepest gradient descent [7], with the formation of the corresponding coefficients W 1 ... W 6 complex weighing. To implement adaptive coherent compensation of concentrated interference in the receiving paths of the direction finding antenna of the search vessel, connections of Inputs 1-4 of each of the four groups of signal processing channels to the corresponding receiving paths of the direction finding antenna are organized. The order of connections is shown in table. one.

Figure 00000001
Figure 00000001

4. Выполняют, после когерентной компенсации сосредоточенных помех мешающего судоходства, линейное амплитудное детектирование и последетекторное сложение сигналов парциальных трактов приема пеленгационной антенны с целью обеспечения достаточного для достоверного приема посылки опознавания навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта отношения сигнал/шум.4. After coherent compensation of concentrated interference of interfering navigation, linear amplitude detection and post-detector addition of signals from partial reception paths of the direction finding antenna are performed in order to ensure that the signal-to-noise ratio is sufficient for reliable reception of the parcel to identify the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object.

5. Осуществляют, с появлением излучения маяка-пингера автономного донного подводного объекта, последетекторный прием и обработку стартовой посылки навигационного сигнала.5. With the appearance of the radiation of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object, the post-detection reception and processing of the starting message of the navigation signal are carried out.

6. Приостанавливают, после приема и обработки стартовой посылки навигационного сигнала (см. функциональную операцию на фиг. 6 и сигнал от приемника стартовой посылки на фиг. 7), на известное время, соответствующее суммарной длительности посылки опознавания и навигационной посылки маяка-пингера, операцию адаптивного комплексного взвешивания с сохранением ранее полученных коэффициентов комплексного взвешивания, что позволяет избежать подавления, в результате когерентной компенсации, принимаемой посылки опознавания навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта.6. After receiving and processing the starting message of the navigation signal (see the functional operation in Fig. 6 and the signal from the receiver of the starting message in Fig. 7), the operation is suspended for a known time corresponding to the total duration of the identification message and the navigation message of the pinger beacon. adaptive complex weighing with preservation of the previously obtained complex weighting coefficients, which makes it possible to avoid suppression, as a result of coherent compensation, of the received message of identification of the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object.

7. Выполняют прием и обработку посылки опознавания навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта.7. Receiving and processing the identification message of the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object is carried out.

8. Реализуют, после вынесения решения о достоверном приеме посылки опознавания навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта, процедуру определения угловых координат автономного донного подводного объекта относительно поискового судна с предварительной полосовой фильтрацией сигнала маяка-пингера в полосе частот его замаскированной шумом навигационной посылки и подавлением вне полосы фильтрации сосредоточенных помех судоходства.8. The procedure for determining the angular coordinates of the autonomous bottom underwater object relative to the search vessel with preliminary band-pass filtering of the pinger beacon signal in the frequency band of its noise-masked navigation message and suppression of out-of-band filtering of lumped traffic interferences.

Принцип приема стартовой посылки и посылки опознавания навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта, функциональный состав и техническая реализация необходимого для этого оборудования аналогичны алгоритмическим и аппаратным атрибутам, используемым в способе-прототипе.The principle of receiving the starting message and sending the identification of the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object, the functional composition and technical implementation of the equipment necessary for this are similar to the algorithmic and hardware attributes used in the prototype method.

Возможная техническая реализация оборудования поискового судна и автономного донного подводного объекта заявляемого способа совпадает с техническим исполнением оборудования указанных объектов способа-прототипа.Possible technical implementation of the equipment of the search vessel and the autonomous bottom underwater object of the proposed method coincides with the technical implementation of the equipment of the said objects of the prototype method.

Примеры возможной схемотехнической реализации функциональных элементов группы каналов обработки сигналов при когерентной компенсации сосредоточенных помех мешающего судоходства в парциальных трактах приема пеленгационной антенны поискового судна представлены в табл. 2.Examples of possible circuitry implementation of functional elements of a group of signal processing channels with coherent compensation of lumped interference from interfering navigation in the partial reception paths of the direction finding antenna of a search vessel are presented in Table. 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Схемотехническое исполнение полосовых фильтров для частотной фильтрации сигнала маяка-пингера в парциальных трактах приема пеленгационной антенны в полосе частот его замаскированной шумом навигационной посылки аналогично исполнению полосовых фильтров [8] для фильтрации помех трех частотных поддиапазонов возможного частотного диапазона сосредоточенных помех мешающего судоходства.Circuit design of bandpass filters for frequency filtering of the pinger beacon signal in the partial reception paths of the direction finding antenna in the frequency band of its noise-masked navigation message is similar to the design of bandpass filters [8] for filtering the interference of three frequency sub-bands of the possible frequency range of concentrated interference interfering with navigation.

Подавление помех мешающего судоходства базируется на принципе пространственно-временной обработки [13] навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта с адаптивной когерентной компенсацией сосредоточенных помех в парциальных трактах приема пеленгационной антенны поискового судна, использующем пространственные, временные и частотные различия навигационного сигнала и мешающих помех.The interference suppression of interfering navigation is based on the principle of space-time processing [13] of the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous underwater object with adaptive coherent compensation of concentrated interference in the partial reception paths of the direction finding antenna of a search vessel, using spatial, temporal and frequency differences in the navigation signal and interfering interference ...

Оценим энергетическую эффективность пространственно-временной обработки для случая когерентной компенсации трех сосредоточенных помех мешающего судоходства, характеризующего наихудший сценарий скрытного гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта с поискового судна.Let us estimate the energy efficiency of spatio-temporal processing for the case of coherent compensation of three lumped interference disturbing navigation, which characterizes the worst scenario of a covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object from a search vessel.

Прежде чем перейти к количественной оценке параметров энергетической эффективности необходимо заметить, что когерентная компенсация помех мешающего судоходства ориентирована на подавление узкополосных помех мешающего судоходства с обеспечением требуемого достоверного приема широкополосного импульсного сигнала посылки опознавания маяка-пингера автономного необитаемого донного подводного объекта.Before proceeding to a quantitative assessment of the energy efficiency parameters, it should be noted that the coherent compensation of disturbing navigation interference is aimed at suppressing narrow-band disturbing navigation interference with the provision of the required reliable reception of a broadband pulse signal for the identification of a pinger beacon of an autonomous uninhabited bottom underwater object.

Поэтому коэффициенты комплексного взвешивания колебаний парциальных трактов приема пеленгационной антенны поискового судна, сформированные при когерентной компенсации узкополосных помех мешающего судоходства, позволяют, с одной стороны, выполнить их эффективное подавление, но, с другой стороны, приводят к искажениям формы широкополосного сигнала посылки опознавания маяка-пингера, вследствие изменения уровней его спектральных составляющих, что может привести к снижению достоверности последующего приема.Therefore, the coefficients of the complex weighting of the oscillations of the partial reception paths of the direction finding antenna of the search vessel, formed with coherent compensation of narrow-band interference of interfering navigation, make it possible, on the one hand, to effectively suppress them, but, on the other hand, lead to distortions of the shape of the broadband signal of the pinger beacon identification message , due to changes in the levels of its spectral components, which can lead to a decrease in the reliability of the subsequent reception.

В этой связи с целью приближенной оценки допустимых искажений формы широкополосного сигнала посылки опознавания маяка-пингера в парциальных трактах приема пеленгационной антенны (после когерентной компенсации помех) параметры энергетической эффективности пространственно-временной обработки будем определять на нескольких частотах его спектра.In this regard, in order to approximately estimate the permissible distortions of the shape of the broadband signal of the identification message of the pinger beacon in the partial reception paths of the direction finding antenna (after coherent compensation of interference), the parameters of the energy efficiency of space-time processing will be determined at several frequencies of its spectrum.

При математическом описании операций когерентной компенсации узкополосных помех возникает закономерный вопрос выбора формы представления помех мешающего судоходства (далее помех) и сигнала посылки опознавания маяка-пингера автономного донного подводного объекта (далее сигнала), который необходимо достоверно принимать на поисковом судне в условиях воздействия указанных помех и флуктуационного шума морской среды.In the mathematical description of the operations of coherent compensation of narrow-band interference, a natural question arises of choosing the form of presentation of interference interfering with navigation (hereinafter referred to as interference) and the signal for sending the identification of a pinger beacon of an autonomous bottom underwater object (hereinafter referred to as a signal), which must be reliably received on a search vessel under the influence of these interference and fluctuation noise of the marine environment.

Форма представления сигнала и помех должна способствовать уменьшению громоздкости используемых математических преобразований, с целью исключения возможных ошибок при вычислениях, в необходимой мере отражать параметры реальных сигналов и помех, имеющих место в процессе гидроакустического поиска с надводного судна автономного донного подводного объекта, и не приводить к недопустимому искажению конечных результатов из-за введенных математических допущений.The form of signal and noise representation should help to reduce the cumbersomeness of the used mathematical transformations, in order to eliminate possible errors in calculations, to reflect the parameters of real signals and interference to the necessary extent during the hydroacoustic search from a surface ship of an autonomous bottom underwater object, and not lead to an unacceptable distortion of the final results due to the introduced mathematical assumptions.

С учетом необходимой корректности математических преобразований и физических особенностей используемого гидроакустического канала связи введем следующие допущения:Taking into account the necessary correctness of mathematical transformations and physical features of the used hydroacoustic communication channel, we introduce the following assumptions:

- сигнал и помехи в четырех парциальных трактах приема пеленгационной антенны представляются комплексными числами в показательной форме, при этом модуль комплексного числа интерпретируется как амплитуда действительного сигнала, а мнимый аргумент (угол наклона вектора относительно действительной оси на комплексной плоскости) - как его фаза, из формы представления исключаются две составляющие - частота и время;- the signal and interference in the four partial reception paths of the direction finding antenna are represented by complex numbers in exponential form, while the modulus of the complex number is interpreted as the amplitude of the real signal, and the imaginary argument (the angle of inclination of the vector relative to the real axis on the complex plane) is interpreted as its phase, from the form presentation excludes two components - frequency and time;

- уровни принимаемых сигнала, помех и флуктуационного шума морской среды в каждом парциальном тракте приема пеленгационной антенны принимаются соответственно одинаковыми, это обусловлено малым пространственным разнесением приемных гидрофонов пеленгационной антенны;- the levels of the received signal, interference and fluctuation noise of the marine environment in each partial path of the DF antenna are assumed to be the same, respectively, this is due to the small spatial spacing of the DF antenna receiving hydrophones;

- флуктуационные шумы морской среды в парциальных трактах приема пеленгационной антенны считаются некоррелированными, этот физический аспект образования шумов морской среды, для используемого в заявляемом способе диапазона частот, подтвержден экспериментальными исследованиями;- fluctuation noises of the marine environment in the partial reception paths of the direction finding antenna are considered uncorrelated, this physical aspect of the formation of marine environment noise, for the frequency range used in the claimed method, is confirmed by experimental studies;

- корреляционные связи между сигналом и помехами в парциальных трактах приема пеленгационной антенны отсутствуют, вследствие независимости порождающих их источников.- there are no correlations between the signal and interference in the partial reception paths of the direction finding antenna, due to the independence of the sources generating them.

Запишем сигнально-помеховые процессы в первом (основном) парциальном тракте приема пеленгационной антенны поискового судна в следующем, пригодном для дальнейших преобразований, видеLet us write down the signal-interference processes in the first (main) partial channel for receiving the direction finding antenna of a search vessel in the following form, suitable for further transformations,

Figure 00000003
Figure 00000003

где X1, Y1, Y2, Y3 - амплитуды сигнала и трех помех соответственно; ψ1, ϕ1, ξ1, φ1 - фазы сигнала и трех помех, обусловленные пространственным разнесением источников сигнала и помех, а также гидрофонов пеленгационной антенны поискового судна;

Figure 00000004
- дисперсия флуктуационного шума морской среды.where X 1 , Y 1 , Y 2 , Y 3 are the amplitudes of the signal and three disturbances, respectively; ψ 1 , ϕ 1 , ξ 1 , φ 1 are the phases of the signal and three hindrances due to the spatial separation of the sources of the signal and hindrances, as well as the hydrophones of the direction finding antenna of the search vessel;
Figure 00000004
- dispersion of fluctuation noise of the marine environment.

Сигнально-помеховые процессы во вспомогательных парциальных трактах приема (втором, третьем и четвертом) представим соответственно:Signal-interference processes in auxiliary partial reception paths (second, third and fourth) are presented, respectively:

Figure 00000005
Figure 00000005

где ΔFs - полоса частот сигнала; X2, X3, X4 - амплитуды сигнала после частотной фильтрации в поддиапазонах частот ΔF1, ΔF2, ΔF3 соответственно; ψ21 - Фаза сигнала второго парциального тракта приема после частотной фильтрации в поддиапазоне частот ΔF1; ψ32 - фаза сигнала третьего парциального тракта приема после частотной фильтрации в поддиапазоне частот ΔF2; ψ43 - фаза сигнала четвертого парциального тракта приема после частотной фильтрации в поддиапазоне частот ΔF3; ϕ2 - фаза первой помехи второго парциального тракта приема после частотной фильтрации в поддиапазоне частот ΔF1; ξ3 - фаза второй помехи третьего парциального тракта приема после частотной фильтрации в поддиапазоне частот ΔF2; φ4 - фаза третьей помехи четвертого парциального тракта приема после частотной фильтрации в поддиапазоне частот.where ΔF s is the signal frequency band; X 2 , X 3 , X 4 - signal amplitudes after frequency filtering in the frequency sub-bands ΔF 1 , ΔF 2 , ΔF 3, respectively; ψ 21 - Phase of the signal of the second partial receiving path after frequency filtering in the frequency subband ΔF 1 ; ψ 32 - phase of the signal of the third partial receiving path after frequency filtering in the frequency sub-band ΔF 2 ; ψ 43 - the phase of the signal of the fourth partial receiving path after frequency filtering in the frequency sub-band ΔF 3 ; ϕ 2 is the phase of the first interference of the second partial receiving path after frequency filtering in the frequency subband ΔF 1 ; ξ 3 - phase of the second interference of the third partial receiving path after frequency filtering in the frequency sub-band ΔF 2 ; φ 4 - the phase of the third interference of the fourth partial receiving path after frequency filtering in the frequency subband.

Диагональная квадратная матрица A корреляционных связей колебаний помех (трех некоррелированных помех мешающего судоходства и флуктуационного шума морской среды) второго, третьего и четвертого парциальных трактов приема пеленгационной антенны имеет видThe diagonal square matrix A of correlations of interference fluctuations (three uncorrelated interference disturbing navigation and fluctuation noise of the marine environment) of the second, third and fourth partial paths for receiving the direction finding antenna has the form

Figure 00000006
Figure 00000006

Вектор S корреляционных связей колебаний помех первого и второго, первого и третьего, первого и четвертого парциальных трактов приема пеленгационной антенны запишется соответственно:The vector S of correlations of interference oscillations of the first and second, first and third, first and fourth partial paths of receiving the direction finding antenna will be written accordingly:

Figure 00000007
Figure 00000007

Определяем элементы обратной матрицы A-1 корреляционных связей колебаний помех второго, третьего и четвертого парциальных трактов приема пеленгационной антенны:Determine the elements of the inverse matrix A -1 of correlations of interference oscillations of the second, third and fourth partial paths of receiving the direction finding antenna:

Figure 00000008
Figure 00000008

Обозначим отношения помеха/флуктуационный шум в парциальных трактах приема пеленгационной антенны:Let us denote the interference / fluctuation noise ratio in the partial reception paths of the direction finding antenna:

Figure 00000009
Figure 00000009

тогда коэффициенты комплексного взвешивания для когерентной компенсации колебаний помех в основном парциальном тракте приема взвешенными колебаниями помех вспомогательных (второго, третьего и четвертого) парциальных трактов приема, которые формируются в группе каналов обработки сигналов (см. фиг. 7) после завершения процесса адаптации по методу наискорейшего градиентного спуска, находим на основе известного в теории адаптивной обработки сигналов матричного уравнения Винера-Хопфа [13] из соотношений:then the complex weighting coefficients for coherent compensation of interference oscillations in the main partial reception path with weighted interference oscillations of the auxiliary (second, third and fourth) partial reception paths, which are formed in the group of signal processing channels (see Fig. 7) after completion of the adaptation process by the method of the fastest gradient descent, we find on the basis of the matrix Wiener-Hopf equation known in the theory of adaptive signal processing [13] from the relations:

Figure 00000010
Figure 00000010

которые, с учетом зависимостей (4) и (5), преобразуются к видуwhich, taking into account dependencies (4) and (5), are converted to the form

Figure 00000011
Figure 00000011

Уровень колебаний помех, для их когерентной компенсации в основном тракте приема, определяется суммой взвешенных колебаний трех вспомогательных трактов приема:The level of interference oscillations, for their coherent compensation in the main receiving path, is determined by the sum of weighted oscillations of three auxiliary receiving paths:

Figure 00000012
Figure 00000012

Мощность некомпенсированного остатка помех основного тракта приема пеленгационной антенны в результате выполнения когерентной компенсации составляет:The power of the uncompensated residual of interference in the main receiving path of the direction finding antenna as a result of performing coherent compensation is:

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
- помехи основного парциального тракта приема; * - знак комплексного сопряжения.where
Figure 00000014
- interference of the main partial receiving path; * - complex conjugation sign.

Возросшая, в результате выполнения когерентной компенсации, дисперсия флуктуационного шума морской среды основного парциального тракта приема пеленгационной антенны определяется соотношением:The increased, as a result of coherent compensation, the variance of the fluctuation noise of the marine environment of the main partial path for receiving the direction finding antenna is determined by the ratio:

Figure 00000015
Figure 00000015

Введем дополнительные обозначения:Let us introduce additional designations:

Figure 00000016
Figure 00000016

где α1, α2, α3, α4 - отношения сигнал/флуктуационный шум в парциальных трактах приема пеленгационной антенны.where α 1 , α 2 , α 3 , α 4 are the signal-to-fluctuation noise ratios in the partial reception paths of the direction finding antenna.

При этом отношения сигнал/помеха (ОСП) в каждом из четырех парциальных трактов приема пеленгационной антенны после когерентной компенсации будут описываться следующей зависимостью:In this case, the signal-to-noise ratio (SNR) in each of the four partial reception paths of the direction finding antenna after coherent compensation will be described by the following relationship:

Figure 00000017
Figure 00000017

где i=1, 2, 3, 4 - номер парциального тракта приема; Hi [дБ] - коэффициент снижения мощности сигнала в парциальном тракте приема за счет уменьшения амплитуд спектральных составляющих в поддиапазонах частот ΔF1, ΔF2, ΔF3 фильтрации помех после операции вычитания сигналов.where i = 1, 2, 3, 4 is the number of the partial receiving path; H i [dB] is the reduction factor of the signal power in the partial receiving path by reducing the amplitudes of the spectral components in the frequency subbands ΔF 1 , ΔF 2 , ΔF 3 for filtering interference after the operation of subtracting signals.

На фиг. 8, в качестве примера, представлены зависимости отношения сигнал/помеха от отношений помеха/флуктуационный шум для разных отношений сигнал/флуктуационный шум при когерентной компенсации трех узкополосных помех, рассчитанные с использованием зависимости (11), при следующих параметрах сигнально-помеховых процессов в парциальных трактах приема пеленгационной антенны: H1=H2=H3=H4=3 дБ; α1=α2=α3=α4=10, 20, 30 дБ; ΔF1=100 Гц; ΔF2=200 Гц; ΔF3=400 Гц; ΔFs=7.9 кГц; β1=β2=β3=1…100 дБ. В этом случае имеем ОСП1=ОСП2=ОСП3=ОСП4.FIG. 8, as an example, shows the dependences of the signal-to-noise ratio on the interference / fluctuation noise ratio for different signal-to-fluctuation noise ratios with coherent compensation of three narrow-band noise, calculated using dependence (11), with the following parameters of signal-noise processes in partial paths DF antenna reception: H 1 = H 2 = H 3 = H 4 = 3 dB; α 1 = α 2 = α 3 = α 4 = 10, 20, 30 dB; ΔF 1 = 100 Hz; ΔF 2 = 200 Hz; ΔF 3 = 400 Hz; ΔF s = 7.9 kHz; β 1 = β 2 = β 3 = 1… 100 dB. In this case, we have GSP 1 = GSP 2 = GSP 3 = GSP 4 .

Как видно из фиг. 8 отношения сигнал/помеха в четырех парциальных трактах приема пеленгационной антенны после когерентной компенсации не зависят от отношений помеха/флуктуационный шум и определяются уменьшенными на величины коэффициентов H1, H2, H3, H4 снижения мощностей сигнала отношениями сигнал/флуктуационный шум.As seen in FIG. 8, the signal-to-noise ratios in the four partial reception paths of the direction-finding antenna after coherent compensation do not depend on the interference / fluctuation noise ratios and are determined by the signal-to-fluctuation noise ratios reduced by the values of the signal power reduction coefficients H 1 , H 2 , H 3 , H 4.

Для определения величин коэффициентов H1, H2, H3, H4 снижения мощностей сигнала в парциальных трактах приема пеленгационной антенны после когерентной компенсации необходимо знать спектральную плотность сигнала посылки опознавания маяка-пингера автономного донного подводного объекта в диапазоне частот ΔFs, которая будет характеризоваться спектральным составом выбранных для маскирования фрагментов сонограмм записей звуков морской среды.To determine the values of the coefficients H 1 , H 2 , H 3 , H 4 of the decrease in the signal power in the partial reception paths of the direction finding antenna after coherent compensation, it is necessary to know the spectral density of the signal of the identification message of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object in the frequency range ΔF s , which will be characterized by the spectral composition of the sound recordings of the marine environment selected for masking sonogram fragments.

Для количественной оценки возможного снижения мощности спектральных составляющих сигнала в диапазоне частот ΔFp помех судоходства можно использовать аналитические выражения, полученные в рамках используемой математической модели сигнально-помеховых процессов в парциальных трактах приема пеленгационной антенны:For a quantitative assessment of the possible reduction in the power of the spectral components of the signal in the frequency range ΔF p of interference to shipping, one can use analytical expressions obtained within the framework of the used mathematical model of signal-interference processes in the partial reception paths of the direction finding antenna:

Figure 00000018
Figure 00000018

гдеwhere

Figure 00000019
Figure 00000019

Hij (i=1, 2, 3, 4; j=1, 2, 3) - коэффициент снижения мощности сигнала i-го парциального тракта приема в j-м поддиапазоне частот помех судоходства; i - номер парциального тракта приема пеленгационной антенны; j - номер поддиапазона частот помех судоходства.H ij (i = 1, 2, 3, 4; j = 1, 2, 3) is the power reduction factor of the signal of the i-th partial receiving path in the j-th sub-band of shipping interference frequencies; i is the number of the partial path for receiving the direction finding antenna; j is the number of the frequency sub-band of shipping interference.

С целью оценки снижения мощности спектральных составляющих сигнала в парциальных трактах приема, на основе соотношений (12)-(15), выполнены расчеты для следующих характеристик процесса скрытного гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта:In order to assess the decrease in the power of the spectral components of the signal in the partial reception paths, based on relations (12) - (15), calculations were made for the following characteristics of the process of covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object:

- на поисковом судне используется пеленгационная антенна диаметрально-ортогональной геометрии с размерами 0.2 м и 0.1 м в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно при наклонном расстоянии до автономного донного подводного объекта (источника сигнала) 500 м;- the search vessel uses a direction finding antenna of diametrically-orthogonal geometry with dimensions of 0.2 m and 0.1 m in the horizontal and vertical planes, respectively, with an inclined distance to the autonomous bottom underwater object (signal source) of 500 m;

- имеет место воздействие трех узкополосных помех мешающего судоходства с центральными частотами спектров 150, 300 и 600 Гц;- there is an effect of three narrow-band disturbances to shipping with the central frequencies of the spectra of 150, 300 and 600 Hz;

- частоты спектральных составляющих сигнала посылки опознавания маяка-пингера автономного донного подводного объекта приняты равными центральным частотам спектров помех;- the frequencies of the spectral components of the signal for the identification of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object are taken equal to the central frequencies of the interference spectra;

- пеленги источников помех (мешающих надводных судов) относительно курса поискового судна составляют - для первой помехи 60°, для второй 140°, для третьей 240°;- bearings of sources of interference (interfering surface vessels) relative to the course of the search vessel are - for the first interference 60 °, for the second 140 °, for the third 240 °;

- угол места источника сигнала (автономного донного подводного объекта) относительно водной поверхности акватории поиска принят равным 70°;- the elevation angle of the signal source (autonomous bottom underwater object) relative to the water surface of the search area is taken equal to 70 °;

- углы места источников помех (мест отражения от морского дна акустических колебаний мешающих надводных судов) выбраны равными - для первой помехи 10°, для второй 20°, для третьей 30°;- the elevation angles of the sources of interference (places of reflection from the seabed of acoustic vibrations of interfering surface vessels) are chosen equal - for the first interference 10 °, for the second 20 °, for the third 30 °;

- наклонные расстояния до источников - первой помехи 5000 м, второй помехи 3000 м, третьей помехи 1000 м;- slope distances to sources - the first interference is 5000 m, the second interference is 3000 m, the third interference is 1000 m;

- отношения помеха/флуктуационный шум β1, β2, β3 в парциальных трактах приема пеленгационной антенны приняты - для первой помехи 40 дБ, для второй 30 дБ, для третьей 20 дБ;- the interference / fluctuation noise ratios β 1 , β 2 , β 3 in the partial reception paths of the direction finding antenna are taken - for the first interference 40 dB, for the second 30 dB, for the third 20 dB;

- полоса частот ΔFs навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта составляет 7.9 кГц;- the frequency band ΔF s of the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object is 7.9 kHz;

- полосы ΔF1, ΔF2, ΔF3 для частотной фильтрации помех судоходства выбраны соответственно равными 100, 200 и 400 Гц;- bands ΔF 1 , ΔF 2 , ΔF 3 for frequency filtering of interference to navigation are chosen equal to 100, 200 and 400 Hz, respectively;

- искомые коэффициенты снижения мощности спектральных составляющих сигнала в парциальных трактах приема исследованы как функции от всех возможных в процессе гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта пеленгов (0°…360°) источника сигнала.- the sought-for power reduction factors of the spectral components of the signal in the partial reception paths are investigated as functions of all possible bearings (0 °… 360 °) of the signal source during the hydroacoustic search of an autonomous bottom underwater object.

Проведенные расчеты позволили выявить:The calculations made it possible to identify:

- существенный разброс значений и разный характер изменений коэффициентов снижения мощности спектральных составляющих сигнала по парциальным трактам приема пеленгационной антенны;- a significant scatter of values and a different nature of changes in the power reduction factors of the spectral components of the signal along the partial reception paths of the direction finding antenna;

- значительные изменения коэффициентов снижения мощности в зависимости от пеленга источника сигнала.- significant changes in the power reduction factors depending on the bearing of the signal source.

Соответствующие расчеты также показали, что несмотря на значительные изменения коэффициентов снижения мощности, их разброс и разный характер изменений по парциальным трактам приема пеленгационной антенны позволяют за счет введения линейного амплитудного детектирования с последетекторным сложением парциальных сигналов исключить после когерентной компенсации полное подавление спектральных составляющих сигнала на частотах помех судоходства.The corresponding calculations also showed that, despite significant changes in the power reduction factors, their spread and different nature of changes along the partial reception paths of the direction finding antenna, due to the introduction of linear amplitude detection with post-detector addition of partial signals, after coherent compensation, the complete suppression of the spectral components of the signal at the interference frequencies shipping.

Иллюстрацией этому являются зависимости отношений сигнал/помеха для трех спектральных составляющих сигнала (150, 300 и 600 Гц) после операции последетекторного сложения, полученные для указанных выше условий скрытного гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта и представленные на фиг. 9. Отношение сигнал/флуктуационный шум для указанных спектральных составляющих сигнала в парциальных трактах приема принято равным 30 дБ.This is illustrated by the dependences of the signal-to-noise ratios for three spectral components of the signal (150, 300, and 600 Hz) after the post-detector addition operation, obtained for the above conditions of covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object and shown in Fig. 9. The signal-to-fluctuation noise ratio for the indicated spectral components of the signal in the partial reception paths is taken equal to 30 dB.

Из фиг. 9 видно, что после операции последетекторного сложения отсутствует полное подавление указанных спектральных составляющих сигнала в зависимости от изменения пеленга источника сигнала, что подтверждает целесообразность введения указанной операции после осуществления когерентной компенсации помех судоходства в процессе скрытного гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта.From FIG. 9, it can be seen that after the post-detector addition operation there is no complete suppression of the indicated spectral components of the signal, depending on the change in the bearing of the signal source, which confirms the advisability of introducing this operation after the implementation of coherent compensation of navigation interference in the process of covert sonar search for an autonomous bottom underwater object.

Подавление помех судоходства с использованием когерентной компенсации в процессе скрытного гидроакустического поиска осуществляется в условиях самых разнообразных относительных перемещений поискового и мешающих судов в акватории поиска автономного необитаемого донного подводного объекта.Suppression of interference to navigation with the use of coherent compensation in the process of covert hydroacoustic search is carried out under the conditions of a wide variety of relative movements of the search and interfering vessels in the water area of the search for an autonomous uninhabited bottom underwater object.

Поскольку когерентная компенсация помех судоходства предполагает на известное время, соответствующее суммарной длительности посылки опознавания и навигационной посылки маяка-пингера, приостановку адаптивного комплексного взвешивания с сохранением ранее полученных коэффициентов комплексного взвешивания, то указанное действие в условиях относительных перемещений поискового и мешающих судов может привести к снижению отношения сигнал/помеха после когерентной компенсации. Это обусловлено появляющимися за счет перемещений поискового и мешающих судов изменениями фазовых соотношений колебаний помех в парциальных трактах приема пеленгационной антенны, которые отличаются от фазовых соотношений, определяющих коэффициенты оптимального комплексного взвешивания, что приводит к увеличению некомпенсированного остатка помех и снижению отношения сигнал/помеха после когерентной компенсации.Since the coherent compensation of interference to navigation assumes for a certain time corresponding to the total duration of the identification message and the navigation message of the pinger beacon, the suspension of the adaptive complex weighing while maintaining the previously obtained complex weighting coefficients, this action under the conditions of relative movements of the search and interfering vessels can lead to a decrease in the ratio signal / noise after coherent compensation. This is due to the changes in the phase relationships of interference oscillations in the partial reception paths of the direction finding antenna that appear due to the movements of the search and interfering vessels, which differ from the phase relationships that determine the coefficients of the optimal complex weighting, which leads to an increase in the uncompensated residual of interference and a decrease in the signal / interference ratio after coherent compensation ...

Базовым параметром пространственного перемещения надводных объектов может служить максимальное изменение пеленгов мешающих судов относительно поискового судна за время приема на нем навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта, которое зависит от курсов судов, расстояния между судами и скоростей их передвижения.The basic parameter of the spatial movement of surface objects can be the maximum change in the bearings of interfering vessels relative to the search vessel during the time it receives the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object, which depends on the course of the vessels, the distance between the vessels and the speeds of their movement.

Наихудшим сценарием скрытного гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта является передвижение поискового и мешающих судов параллельными встречными курсами с перемещением мешающих судов от траверза поискового судна. Такое передвижение судов приводит к максимальному, за выбранное время наблюдения, изменению пеленгов мешающих судов относительно поискового, характеризуя наихудшие условия воздействия помех мешающего судоходства.The worst scenario of a covert hydroacoustic search for an autonomous underwater bottom object is the movement of the search vessel and the interfering vessels in parallel collision courses with the movement of the disturbing vessels from the traverse of the search vessel. Such movement of vessels leads to the maximum, for the selected observation time, a change in the bearings of interfering ships relative to the search one, characterizing the worst conditions for the impact of interference with interfering navigation.

Проведены расчеты отношения сигнал/помеха после когерентной компенсации помех в парциальных трактах приема пеленгационной антенны при максимальных изменениях пеленгов мешающих судов относительно поискового судна, за время приема на нем навигационного сигнала маяка-пингера автономного подводного объекта, в указанном сценарии передвижения поискового и мешающих судов со следующими исходными данными:Calculations of the signal-to-noise ratio after coherent compensation of interference in the partial paths of receiving the direction finding antenna at maximum changes in the bearings of the interfering vessels relative to the search vessel, during the time it receives the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous underwater object, in the specified scenario of the movement of the search and disturbing vessels with the following initial data:

- длительность навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта выбрана равной 2.2 секунды в соответствии с рекомендациями [4] по обеспечению эффективного скрытного гидроакустического поиска;- the duration of the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object was chosen equal to 2.2 seconds in accordance with the recommendations [4] to ensure effective covert hydroacoustic search;

- максимальная скорость движения поискового судна принята равной пяти узлам, что также соответствует рекомендациям [4] по обеспечению необходимой точности позиционирования автономного донного подводного объекта;- the maximum speed of the search vessel is taken equal to five knots, which also corresponds to the recommendations [4] to ensure the required positioning accuracy of the autonomous bottom underwater object;

- диапазон скоростей движения мешающих судов (от дрейфа до 40 узлов) выбран на основании данных [14] о наиболее распространенных скоростях передвижения современных надводных судов различного технологического устройства и назначения;- the range of speeds of movement of interfering vessels (from drift to 40 knots) is selected on the basis of data [14] on the most common speeds of movement of modern surface vessels of various technological devices and purposes;

- расстояние по траверзу 0.3 мили между поисковым и мешающими судами задано из соображений оценки максимального изменения пеленга при возможном критическом расстоянии между судами с учетом правил [15] предупреждения столкновений судов в море.- the traverse distance of 0.3 miles between the search and interfering vessels is set from considerations of assessing the maximum change in bearing at a possible critical distance between vessels, taking into account the rules [15] for preventing collisions of vessels at sea.

Полученные результаты расчетов свидетельствуют об отсутствии снижения отношения сигнал/помеха после когерентной компенсации помех в парциальных трактах приема пеленгационной антенны при наихудшем сценарии скрытного гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта в условиях передвижения надводных мешающих судов со скоростями до 40 узлов.The obtained calculation results indicate that there is no decrease in the signal-to-noise ratio after coherent compensation of interference in the partial reception paths of the direction finding antenna in the worst scenario of a covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object in conditions of movement of surface interfering vessels at speeds up to 40 knots.

Такие результаты объясняются весьма незначительными изменениями фазовых соотношений колебаний помех в парциальных трактах приема пеленгационной антенны, при относительных перемещениях поискового и мешающих судов, вследствие малых линейных размеров пеленгационной антенны поискового судна по сравнению с расстояниями до источников помех - мест отражения акустических колебаний мешающих надводных судов от морского дна.Such results are explained by very insignificant changes in the phase ratios of interference oscillations in the partial paths of receiving the direction finding antenna, with the relative movements of the search and interfering vessels, due to the small linear dimensions of the direction finding antenna of the search vessel in comparison with the distances to the sources of interference - the places where acoustic vibrations of interfering surface vessels are reflected from the sea. bottom.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет достичь желаемого эффекта - осуществления скрытного гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта с надводного поискового судна в условиях воздействия помех судоходства, за счет до сих пор не применявшегося сочетания: использования в процессе поисковых действий когерентной компенсации сосредоточенных помех мешающего судоходства на поисковом судне, выполняемой в паузах между интервалами излучения навигационного сигнала с подводного объекта, которая включает в себя частотное разделение помех от разных надводных источников в трех выбранных поддиапазонах частот, комплексное взвешивание в выбранных поддиапазонах частот колебаний сосредоточенных помех соответствующих парциальных трактов приема пеленгационной антенны, вычитание из колебаний сосредоточенных помех каждого основного парциального тракта приема трех взвешенных в выбранных поддиапазонах частот колебаний сосредоточенных помех соответствующих вспомогательных парциальных трактов приема, приостановки когерентной компенсации на время приема навигационного сигнала маяка-пингера, осуществления после когерентной компенсации линейного амплитудного детектирования и последетекторного сложения сигналов парциальных трактов приема пеленгационной антенны, что в совокупности позволяет реализовать в процессе скрытного гидроакустического поиска достоверный прием навигационного сигнала автономного донного подводного объекта на поисковом судне в условиях помех мешающего судоходства.Thus, the proposed technical solution makes it possible to achieve the desired effect - the implementation of a covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object from a surface search vessel under the influence of interference to navigation, due to the previously unused combination: the use of coherent compensation of concentrated interference of interfering navigation in search vessel, performed in the pauses between the intervals of radiation of the navigation signal from the underwater object, which includes frequency separation of interference from different surface sources in three selected frequency subbands, complex weighting in the selected subbands of oscillation frequencies of concentrated interference of the corresponding partial paths for receiving the direction finding antenna, subtraction from oscillations of concentrated interference of each main partial channel for receiving three corresponding auxiliary partial reception paths, suspension of coherent compensation for the time of receiving the navigation signal of the pinger beacon, after coherent compensation of linear amplitude detection and post-detector addition of signals from the partial reception paths of the direction finding antenna, which together makes it possible to realize reliable reception of the navigation signal of an autonomous bottom underwater an object on a search vessel in conditions of obstruction of interfering navigation.

Такая совокупность признаков нового технического решения отличает предлагаемый способ от известных в настоящее время способов гидроакустического позиционирования подводных объектов.This set of features of a new technical solution distinguishes the proposed method from the currently known methods of hydroacoustic positioning of underwater objects.

Список использованных источниковList of sources used

1. Гидроакустическая навигационная система с ультракороткой базой [Электронный ресурс] // URL: http://edboe.ru (дата обращения: 11.11.2020).1. A hydroacoustic navigation system with an ultrashort base [Electronic resource] // URL: http://edboe.ru (date of access: 11.11.2020).

2. Арсентьев В.Г., Криволапов Г.И. Позиционирование объектов в гидроакустической навигационной системе с ультракороткой базой // Вестник СибГУТИ. Новосибирск. 2018. №4.2. Arsentiev V.G., Krivolapov G.I. Positioning of objects in a hydroacoustic navigation system with an ultrashort base // Bulletin of SibGUTI. Novosibirsk. 2018. No. 4.

3. Патент RU 2593651, МПК G01S 15/00. Гидроакустический способ определения местоположения автономного подводного аппарата / B.C. Комаров, М.С.Клюев, А.А. Шрейдер. Заявлено 09.06.2015, опубликовано 10.08.2016.3. Patent RU 2593651, IPC G01S 15/00. Hydroacoustic method for determining the location of an autonomous underwater vehicle / B.C. Komarov, M. S. Klyuev, A. A. Schrader. Stated 06/09/2015, published 08/10/2016.

4. Патент RU 2727331, МПК G01S 15/00. Способ гидроакустического поиска автономного донного подводного объекта / В.Г. Арсентьев, Г.И. Криволапов. Заявлено 25.12.2019, опубликовано 21.07.2020. Бюл. №21.4. Patent RU 2727331, IPC G01S 15/00. Method of hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object / V.G. Arsentiev, G.I. Krivolapov. Declared 12/25/2019, published 07/21/2020. Bul. No. 21.

5. Спектры шумов кораблей [Электронные ресурсы] // URL: https://myslide.ru/documents_4/7i018b920e76ca67a70f5e146c83fB09/img13.jpg; https://present5.com/presentation/183941860_279148258/image-10.jpg (дата обращения: 11.11.2020).5. Noise spectra of ships [Electronic resources] // URL: https://myslide.ru/documents_4/7i018b920e76ca67a70f5e146c83fB09/img13.jpg; https://present5.com/presentation/183941860_279148258/image-10.jpg (date accessed: 11.11.

6. Модели сигналов и помех [Электронный ресурс] // URL: https://scask.ru/i_book_nsp.php?id=37 (дата обращения: 11.11.2020).6. Models of signals and interference [Electronic resource] // URL: https://scask.ru/i_book_nsp.php?id=37 (date of access: 11.11.2020).

7. Адаптивная компенсация помех в каналах связи / Ю.И. Лосев, А.Г. Бердников, Э.Ш. Гойхман, Б.Д. Сизов. М.: Радио и связь, 1988.7. Adaptive compensation of interference in communication channels / Yu.I. Losev, A.G. Berdnikov, E. Sh. Goikhman, B.D. Sizov. M .: Radio and communication, 1988.

8. Техника и принципы схемотехнической реализации фильтров на операционных усилителях [Электронный ресурс] // URL: http://studbooks.net/783435/tehnika/printsipy_shemotehnicheskoy_realizatsii_filtrov_na_operatsionnom_usilitele (дата обращения: 11.11.2020).8. Technique and principles of circuitry implementation of filters on operational amplifiers [Electronic resource] // URL: http://studbooks.net/783435/tehnika/printsipy_shemotehnicheskoy_realizatsii_filtrov_na_operatsionnom_usilitele (date of access: 11.11.2020).

9. Широкополосные фазовращатели [Электронный ресурс] // URL: http://www.radioradar.net/radiofan/radiofan_technology/broadband_shifters.html (дата обращения: 11.11.2020).9. Broadband phase shifters [Electronic resource] // URL: http://www.radioradar.net/radiofan/radiofan_technology/broadband_shifters.html (access date: 11.11.2020).

10. Четырехквадрантный умножитель AD834 [Электронный ресурс] // URL: http://www.analog.com/ru/products/analog-functions/analog-multipliers-dividers/ad834.html (дата обращения: 11.11.2020).10. Four-quadrant multiplier AD834 [Electronic resource] // URL: http://www.analog.com/ru/products/analog-functions/analog-multipliers-dividers/ad834.html (date of access: 11.11.2020).

11. Аналоговые компараторы [Электронный ресурс] // URL: http://www.diagram.com.ua/list/sprav/sprav148.shtml (дата обращения: 11.11.2020).11. Analog comparators [Electronic resource] // URL: http://www.diagram.com.ua/list/sprav/sprav148.shtml (access date: 11.11.2020).

12. Прецизионные малошумящие операционные усилители [Электронный ресурс] // URL: http://www.symmetron.ru/news/maxim-MAX44250.shtml (дата обращения: 11.11.2020).12. Precision low-noise operational amplifiers [Electronic resource] // URL: http://www.symmetron.ru/news/maxim-MAX44250.shtml (date of access: 11.11.2020).

13. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. Пер. с англ. под редакцией В.В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 1989.13. Widrow B., Stearns S. Adaptive signal processing. Per. from English edited by V.V. Shahgildyan. M .: Radio and communication, 1989.

14. Скорость морского судна [Электронный ресурс] // URL: http://seaships.ru/speed.htm (дата обращения: 11.11.2020).14. The speed of the sea vessel [Electronic resource] // URL: http://seaships.ru/speed.htm (date of access: 11.11.2020).

15. Письменный М.Н. Краткий курс лекций по изучению международных правил предупреждения столкновений судов в море [Электронный ресурс] // URL: http://pilotservice.narod.ru (дата обращения: 11.11.2020).15. Written M.N. A short course of lectures on the study of international rules for preventing collisions of ships at sea [Electronic resource] // URL: http://pilotservice.narod.ru (date of access: 11.11.2020).

Claims (1)

Способ скрытного гидроакустического поиска с надводного поискового судна автономного донного подводного объекта, находящегося в спящем режиме на дне известной морской акватории после выполнения соответствующей миссии, заключающийся в оборудовании поискового судна согласованной с его курсом пеленгационной антенной диаметрально-ортогональной геометрии расположения четырех приемных гидрофонов, слабонаправленной передающей гидроакустической антенной, аппаратурой приема и обработки навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта на базе высокостабильного опорного генератора, аппаратурой формирования сигналов активации и всплытия автономного донного подводного объекта, гидроакустическим эхолотом для измерения глубины акватории поиска со структурой зондирующих импульсов, позволяющей обеспечить акустическое восприятие процедуры измерения глубины водной акватории поиска, приближающееся к возможному гибридному шумовому фону морской среды, в оснащении автономного донного подводного объекта системой изменения плавучести, слабонаправленными приемной и передающей гидроакустическими антеннами, аппаратурой приема и обработки сигналов активации и всплытия поискового судна, маяком-пингером, формирующим, с использованием высокостабильного опорного генератора, повторяющийся навигационный сигнал, в формировании и запоминании при подготовке миссии автономного подводного объекта на подводном объекте и поисковом судне излучаемых в процессе гидроакустического поиска сигналов: на автономном подводном объекте - навигационного сигнала маяка-пингера, на поисковом судне - сигналов активации и всплытия автономного донного подводного объекта, имеющих заданную структуру, амплитудные, временные и частотные параметры, по акустическому восприятию приближающихся к возможным фоновым шумам известной акватории поиска, при этом сигналы активации и всплытия поискового судна состоят из двух составляющих: стартовой посылки и посылки опознавания, а навигационный сигнал маяка-пингера автономного донного подводного объекта содержит четыре составляющие: стартовую посылку, посылку опознавания, навигационную посылку в виде гармонического сигнала известной на поисковом судне частоты и маскирующий навигационную посылку квазибелый шум, частотные параметры которого обеспечивают необходимую точность определения угловых координат автономного донного подводного объекта относительно поискового судна в процессе его гидроакустического поиска, кроме этого, структура и параметры излучаемого навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта априорно известны на поисковом судне, а структура и параметры излучаемых сигналов активации и всплытия поискового судна априорно известны на автономном донном подводном объекте, в выполнении перед поиском процедуры калибровки парциальных трактов приема навигационного сигнала поискового судна с получением и запоминанием калибровочных поправок, в повторяющемся, по мере продвижения поискового судна по акватории поиска, излучении его передающей антенной в водную среду пространства нижней полусферы, относительно поискового судна, гидроакустического сигнала активации автономного донного подводного объекта, превышающего фоновые шумы водной среды акватории поиска, в приеме посредством приемной антенны и необходимой обработке на автономном донном подводном объекте гидроакустического сигнала активации поискового судна, в переводе оборудования автономного донного подводного объекта, по факту достоверного приема сигнала активации, из спящего в рабочий режим, в излучении передающей антенной автономного донного подводного объекта в водную среду акватории поиска в направлениях верхней полусферы, относительно морского дна, гидроакустического навигационного сигнала, превышающего фоновые шумы водной среды, сформированного маяком-пингером и повторяющегося с интервалом большим его длительности, в приеме пеленгационной антенной поискового судна навигационного сигнала маяка-пингера и его соответствующей обработке с последующим прекращением, по факту его достоверного приема, излучения передающей антенной поискового судна гидроакустического сигнала активации автономного донного подводного объекта, в измерении и запоминании глубины водной акватории поиска эхолотом поискового судна, в осуществлении, в процессе поиска, на поисковом судне процедуры определения и запоминания угловых координат автономного донного подводного объекта относительно поискового судна, согласованной с геометрическими параметрами пеленгационной антенны и позволяющей позиционировать автономный донный подводный объект относительно поискового судна с необходимой точностью в условиях малых отношений сигнал/маскирующий шум навигационной посылки маяка-пингера, в оценке и запоминании по определенному углу места и измеренной глубине водной акватории поиска приближенных значений дальности и наклонного расстояния до автономного донного подводного объекта с использованием соответствующих тригонометрических соотношений, в корректировке курса движения поискового судна на основании обновляемых параметров местоположения автономного донного подводного объекта относительно поискового судна по мере его продвижения по акватории поиска до предварительно определенной безопасной дальности всплытия автономного донного подводного объекта, в излучении передающей антенной поискового судна в водную среду акватории поиска, в пространстве нижней полусферы, относительно поискового судна, в паузе между излучениями навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта, гидроакустического сигнала всплытия автономного донного подводного объекта, превышающего фоновые шумы водной среды, в приеме посредством приемной антенны и необходимой обработке на автономном донном подводном объекте гидроакустического сигнала всплытия, в прекращении, по факту достоверного приема сигнала всплытия, излучения передающей антенной автономного донного подводного объекта навигационного сигнала маяка-пингера, в запуске соответствующих исполнительных механизмов системы изменения плавучести автономного донного подводного объекта, отличающийся тем, что видоизменяют структуру обработки навигационного сигнала маяка-пингера автономного донного подводного объекта на поисковом судне: разделяют возможный частотный диапазон сосредоточенных помех мешающего судоходства на три поддиапазона - по максимальному количеству помех, которые можно подавить с использованием четырехэлементной пеленгационной антенны, организуют из четырех парциальных трактов приема пеленгационной антенны четыре группы каналов обработки сигналов, из четырех каналов приема в каждой группе, по принципу «три для одного» - для подавления сосредоточенных помех в одном, основном, канале приема группы используют три соответствующих вспомогательных канала приема, осуществляют в каждой группе каналов обработки сигналов, во время отсутствия излучения кратковременно повторяющегося в процессе гидроакустического поиска сигнала маяка-пингера, когерентную компенсацию колебаний сосредоточенных помех основного канала приема взвешенными колебаниями сосредоточенных помех вспомогательных каналов приема с использованием операции адаптивного комплексного взвешивания, при этом сигналы каждого вспомогательного канала приема подвергают частотной фильтрации в соответствующем поддиапазоне возможного частотного диапазона сосредоточенных помех мешающего судоходства, затем выполняют линейное амплитудное детектирование и последетекторное сложение сигналов парциальных трактов приема пеленгационной антенны, осуществляют, с появлением излучения маяка-пингера, последетекторный прием стартовой посылки навигационного сигнала, после чего на известное время, соответствующее суммарной длительности посылки опознавания и навигационной посылки маяка-пингера, приостанавливают операцию адаптивного комплексного взвешивания с сохранением ранее полученных коэффициентов комплексного взвешивания, выполняют прием посылки опознавания сигнала маяка-пингера, реализуют, после вынесения решения о достоверном приеме посылки опознавания сигнала маяка-пингера, процедуру определения угловых координат автономного донного подводного объекта относительно поискового судна с предварительной полосовой фильтрацией сигнала маяка-пингера в полосе частот его замаскированной шумом навигационной посылки и подавлением вне полосы фильтрации сосредоточенных помех судоходства.A method of covert hydroacoustic search from a surface search vessel for an autonomous bottom underwater object in a dormant mode at the bottom of a known sea area after completing a corresponding mission, which consists in equipping a search vessel with a direction finding antenna, a diametrically orthogonal geometry of the location of four receiving hydrophones, a weakly directional transmitting hydroacoustic antenna, equipment for receiving and processing the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object based on a highly stable reference generator, equipment for generating activation signals and ascent of an autonomous bottom underwater object, a hydroacoustic echo sounder for measuring the depth of the search water area with a structure of probing pulses, which allows to provide acoustic perception of the measurement procedure depths of the search water area, approaching a possible hybrid noise background of the marine environment, equipped with an autonomous bottom th underwater object by a buoyancy change system, weakly directional receiving and transmitting hydroacoustic antennas, equipment for receiving and processing signals for activation and ascent of a search vessel, a pinger beacon that generates, using a highly stable reference generator, a repetitive navigation signal, in formation and memorization when preparing a mission for an autonomous underwater of an object on an underwater object and a search vessel signals emitted during the hydroacoustic search process: on an autonomous underwater object - a navigation signal of a pinger beacon, on a search vessel - activation and ascent signals of an autonomous underwater bottom object having a given structure, amplitude, time and frequency parameters, according to acoustic perception of a known search area approaching possible background noises, while the activation and surfacing signals of the search vessel consist of two components: the starting message and the identification message, and the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object contains four components: a starting message, an identification message, a navigation message in the form of a harmonic signal of the frequency known on the search vessel, and a quasi-white noise masking the navigation message, the frequency parameters of which ensure the necessary accuracy in determining the angular coordinates of an autonomous bottom underwater object relative to the search vessel in the process its hydroacoustic search, in addition, the structure and parameters of the emitted navigation signal of the beacon-pinger of the autonomous bottom underwater object are a priori known on the search vessel, and the structure and parameters of the emitted signals of activation and surfacing of the search vessel are a priori known on the autonomous bottom underwater object, when performed before the search procedure calibration of partial paths for receiving the navigation signal of the search vessel with the receipt and storage of calibration corrections, in repetitive, as the search vessel moves through the search water area, from its radiation by a transmitting antenna into the aquatic environment of the lower hemisphere space, relative to the search vessel, the hydroacoustic signal of activation of the autonomous bottom underwater object, exceeding the background noise of the aquatic environment of the search area, in receipt by the receiving antenna and the necessary processing on the autonomous bottom underwater object of the sonar activation signal of the search vessel, in the translation of the equipment of the autonomous bottom underwater object, on the fact of reliable reception of the activation signal, from the sleeping mode to the operating mode, in the radiation of the transmitting antenna of the autonomous bottom underwater object into the aquatic environment of the search area in the directions of the upper hemisphere, relative to the seabed, a hydroacoustic navigation signal exceeding the background noise aquatic environment, formed by a pinger beacon and repeated with an interval longer than its duration, in the reception of the navigation signal of the pinger beacon by the direction finding antenna of the search vessel and its corresponding processing the subsequent termination, upon the fact of its reliable reception, of the emission by the transmitting antenna of the search vessel of the hydroacoustic signal of activation of the autonomous bottom underwater object, in the measurement and memorization of the depth of the water area of the search by the echo sounder of the search vessel, in the implementation, in the search process, on the search vessel of the procedure for determining and storing angular coordinates of an autonomous bottom underwater object relative to a search vessel, consistent with the geometric parameters of a direction finding antenna and allowing positioning of an autonomous bottom underwater object relative to a search vessel with the required accuracy in conditions of low signal / masking noise ratios of the navigation message of the pinger beacon, in the assessment and storage of a certain elevation angle and the measured depth of the water area of the search for approximate values of the range and slope distance to the autonomous bottom underwater object using the corresponding trigonometric ratios, in correcting the course the position of the search vessel based on the updated parameters of the location of the autonomous bottom underwater object relative to the search vessel as it moves through the search water area to a predetermined safe surfacing range of the autonomous bottom underwater object, in the radiation of the transmitting antenna of the search vessel into the aquatic environment of the search water area, in the space of the lower hemisphere, relative to the search vessel, in the pause between the emissions of the navigation signal of the pinger beacon of the autonomous bottom underwater object, the hydroacoustic signal of the ascent of the autonomous bottom underwater object, exceeding the background noise of the aquatic environment, in the termination, upon the fact of reliable reception of the ascent signal, the radiation by the transmitting antenna of the autonomous bottom underwater object of the navigation signal of the pinger beacon, in the launch of the corresponding executive mechanisms of the system for changing the buoyancy of an autonomous bottom underwater object, characterized in that they modify the structure of processing the navigation signal of the pinger beacon of an autonomous bottom underwater object on a search vessel: they divide the possible frequency range of concentrated interference disturbing navigation into three sub-bands - according to the maximum amount of interference that can be suppressed from using a four-element direction-finding antenna, four groups of signal processing channels are organized from four partial receiving paths of a direction-finding antenna, out of four receiving channels in each group, according to the "three for one" principle - to suppress concentrated interference in one, main, group receiving channel, three corresponding auxiliary reception channels are carried out in each group of signal processing channels, during the absence of radiation, which is briefly repeated in the process of hydroacoustic search for a pinger beacon signal, coherent compensation of oscillations is strong interference of the main reception channel by weighted oscillations of concentrated interference of auxiliary reception channels using the operation of adaptive complex weighting, while the signals of each auxiliary reception channel are subjected to frequency filtering in the corresponding subband of the possible frequency range of concentrated interference of interfering navigation, then linear amplitude detection and post-detector addition of signals of partial paths for receiving the direction finding antenna, with the appearance of the radiation of the pinger beacon, the post-detector reception of the starting message of the navigation signal is carried out, after which, for a known time corresponding to the total duration of the identification message and the navigation message of the pinger beacon, the operation of the adaptive complex weighing is suspended with the preservation of the previously obtained complex coefficients weighing, receive the pinger beacon signal identification message, implement, after making a decision on the valid On receiving the pinger beacon signal identification message, the procedure for determining the angular coordinates of an autonomous bottom underwater object relative to the search vessel with preliminary bandpass filtering of the pinger beacon signal in the frequency band of its navigational message masked by noise and suppression of concentrated navigation disturbances outside the filtering band.
RU2021102966A 2021-02-08 2021-02-08 Method for covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object RU2762349C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021102966A RU2762349C1 (en) 2021-02-08 2021-02-08 Method for covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021102966A RU2762349C1 (en) 2021-02-08 2021-02-08 Method for covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2762349C1 true RU2762349C1 (en) 2021-12-20

Family

ID=79175403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021102966A RU2762349C1 (en) 2021-02-08 2021-02-08 Method for covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2762349C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117219125A (en) * 2023-11-07 2023-12-12 青岛科技大学 Marine mammal sound signal imitation hidden scoring method based on audio fingerprint

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007022233A2 (en) * 2005-08-16 2007-02-22 Ocean Server Technology, Inc. Underwater acoustic positioning system and method
RU2381518C2 (en) * 2008-04-21 2010-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОПАРК "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА" (ООО "ТП РЭ") Underwater positioner
RU2538440C2 (en) * 2013-03-25 2015-01-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Underwater situation presenting system
RU2561012C1 (en) * 2014-04-23 2015-08-20 Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" System for determining and monitoring location of underwater object
RU2593651C1 (en) * 2015-06-09 2016-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук Hydroacoustic method for location of autonomous underwater vehicles
RU2700278C1 (en) * 2018-08-01 2019-09-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) Method of determining location of underwater object

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007022233A2 (en) * 2005-08-16 2007-02-22 Ocean Server Technology, Inc. Underwater acoustic positioning system and method
RU2381518C2 (en) * 2008-04-21 2010-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОПАРК "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА" (ООО "ТП РЭ") Underwater positioner
RU2538440C2 (en) * 2013-03-25 2015-01-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Underwater situation presenting system
RU2561012C1 (en) * 2014-04-23 2015-08-20 Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" System for determining and monitoring location of underwater object
RU2593651C1 (en) * 2015-06-09 2016-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук Hydroacoustic method for location of autonomous underwater vehicles
RU2700278C1 (en) * 2018-08-01 2019-09-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) Method of determining location of underwater object

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117219125A (en) * 2023-11-07 2023-12-12 青岛科技大学 Marine mammal sound signal imitation hidden scoring method based on audio fingerprint
CN117219125B (en) * 2023-11-07 2024-01-30 青岛科技大学 Marine mammal sound signal imitation hidden scoring method based on audio fingerprint

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7330399B2 (en) Sonar system and process
US20110002191A1 (en) Active sonar apparatuses and methods
Li et al. A noise impact assessment model for passive acoustic measurements of seabed gas fluxes
Fialkowski et al. Methods for identifying and controlling sonar clutter
CN108957462B (en) Multi-beam water body data processing method based on flat seabed
Stergiopoulos Implementation of adaptive and synthetic-aperture processing schemes in integrated active-passive sonar systems
Booth et al. Detectability of low-level broad-band signals using adaptive matched-field processing with vertical aperture arrays
RU2681526C1 (en) Method for determining noisy target class and distance thereto
RU2762349C1 (en) Method for covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object
Hjelmervik Predicting sonar false alarm rate inflation using acoustic modeling and a high-resolution terrain model
Hartstra et al. Active sonar performance modelling for Doppler-sensitive pulses
RU2727331C1 (en) Method for hydroacoustic search for an autonomous underwater bottom object
Hjelmervik et al. Synthesizing active anti-submarine warfare sonar data
WO2022248497A1 (en) Prediction of far-field radiated acoustic fields in a fluid using near-field acoustic measurements
Hjelmervik et al. Predicting false alarm rates for high-resolution antisubmarine warfare sonars in a cluttering environment prone to false alarm rate inflation
Zaitseva et al. Probability of Underwater Target Detection in the Bottlenose Dolphin Tursiops truncatus Depending on Target Spatial Coordinates
Odell et al. A versatile tracking system for AUV testing
Carter et al. Sonar Systems
Bareš Environmentally adaptive noise estimation for active sonar
Schuster et al. MODELLING CUMULATIVE SOUND EXPOSURE AROUND HYDROACOUSTIC SOURCES.
Baggeroer Sonar arrays and array processing
Kuperman Underwater acoustics
Stifani et al. Sensors, Measurements, and Analysis for Underwater Acoustic Investigation
Kašca et al. Underwater Model for Acoustic Waves Propagation
Stergiopoulos et al. Theory and Implementation of Advanced Signal Processing for Active and Passive Sonar Systems