RU2776958C1 - Method for classifying noise emission of a marine object - Google Patents

Method for classifying noise emission of a marine object Download PDF

Info

Publication number
RU2776958C1
RU2776958C1 RU2021119713A RU2021119713A RU2776958C1 RU 2776958 C1 RU2776958 C1 RU 2776958C1 RU 2021119713 A RU2021119713 A RU 2021119713A RU 2021119713 A RU2021119713 A RU 2021119713A RU 2776958 C1 RU2776958 C1 RU 2776958C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carrier
spectrum
spectral
interference
ship
Prior art date
Application number
RU2021119713A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Константиновна Знаменская
Original Assignee
Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" filed Critical Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Application granted granted Critical
Publication of RU2776958C1 publication Critical patent/RU2776958C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: hydroacoustics.
SUBSTANCE: area of application: invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in solving problems of determining the class of an object while developing hydroacoustic systems with a towed sonar array (TSA). Substance: proposed to realise the technical result is the creation of a database of DC spectral portraits of the self-generated interference of the carrier ship with a TSA in the frequency range of the amplitude envelope of the carrier noise, for the purpose whereof, prior to starting the operation of the carrier ship, the self-generated interference of the carrier ship with the TSA is measured in full-scale conditions, in the absence of marine objects in the water area, in said frequency range depending on the speed of the carrier, direction to the object, sea waves, depth of submersion, type of hydrology, and tactical objective; and then the spectrum of the self-generated interference at the speed of the carrier and in the corresponding direction, said spectrum taken from the bank of spectral portraits of the carrier for the corresponding hydrology, sea waves, and tactical objective, is subtracted from the spectrum of the signal of the object.
EFFECT: accurate determination of spectral classification attributes of signals in the frequency range of the amplitude envelope of noise emission of the object when the TSA is towed by a carrier ship, depending on the speed of the carrier, direction to the object, sea waves, depth of submersion, type of hydrology, and tactical objective.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в задачах определения класса объекта при разработке гидроакустических систем с гибкими протяженными буксируемыми антеннами.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in the tasks of determining the class of an object in the development of hydroacoustic systems with flexible extended towed antennas.

Гидроакустические станции (ГАС) с гибкими протяженными буксируемыми антеннами (ГПБА) играют заметную роль в гидроакустическом вооружении подводных лодок (ПЛ) и надводных кораблей (НК).Hydroacoustic stations (GAS) with flexible extended towed antennas (GPBA) play a significant role in the sonar armament of submarines (submarines) and surface ships (NS).

Удаление приемной антенны (ГПБА) от шумящего корпуса носителя существенно снижает уровень его шума, воздействующего на антенну. Удаление может составлять до 1 км. В результате уровень помех на ГПБА от корабля-носителя снижается до уровня шумов моря. (История и перспективы развития гидроакустических станций с гибкими протяженными буксируемыми антеннами. А.И. Машошин. «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» Морская радиоэлектроника №2 (64) июнь 2018 г. с. 2-3).The removal of the receiving antenna (RPBA) from the noisy body of the carrier significantly reduces the level of its noise affecting the antenna. Removal can be up to 1 km. As a result, the level of interference on the GPBA from the carrier ship is reduced to the level of sea noise. (History and prospects for the development of hydroacoustic stations with flexible extended towed antennas. A.I. Mashoshin. "Concern" Central Research Institute "Electropribor" Marine Radio Electronics No. 2 (64) June 2018 p. 2-3).

Надо отметить, что при буксировке антенны кораблем-носителем даже малые рыскания корабля-носителя вызывают отклонение антенны от прямолинейной формы, а на курс и скорость корабля влияет множество природных факторов и факторов, зависящих от тактической задачи, в которой происходит буксировка антенны, в частности от маневра корабля, когда буксируемая антенна претерпевает значительные искривления.It should be noted that when the antenna is towed by the carrier ship, even small yaws of the carrier ship cause the antenna to deviate from a rectilinear shape, and the course and speed of the ship are influenced by many natural factors and factors that depend on the tactical task in which the antenna is towed, in particular from maneuver of the ship when the towed antenna undergoes significant curvature.

Все это приводит к возникновению амплитудной модуляции (AM) собственного шума корабля-носителем при буксировке ГПБА.All this leads to the appearance of amplitude modulation (AM) of the carrier ship's own noise when towing the GPBA.

В статье «Исследование поведения ГПБА штатной буксируемой части гидроакустической станции для надводных кораблей» А.В. Желтаков, Д.В. Кокорин, И.Л. Рубанов, С.А. Семенова, научно-технический сборник Гидроакустика вып. 24(4) СПб: АО «Концерн «Океанприбор», 2015 г, стр. 84-90 приведены некоторые результаты оценки поведения ГПБА, полученные от блока системы ориентации (СО) и корабля-носителя в процессе движения буксируемой части станции (БЧС) гидроакустической станции (ГАС).In the article "Study of the behavior of the GPBA of the regular towed part of the hydroacoustic station for surface ships" A.V. Zheltakov, D.V. Kokorin, I.L. Rubanov, S.A. Semenov, scientific and technical collection Hydroacoustics vol. 24(4) St. Petersburg: Okeanpribor Concern JSC, 2015, pp. 84-90 some results of the assessment of the behavior of the GPBA obtained from the orientation system unit (OS) and the carrier ship during the movement of the towed part of the station (BCS) of the hydroacoustic stations (GAS).

По анализу временной зависимости изменения угла дифферента ГПБА совместно с результатами измерения глубины погружения ГПБА в статье делается вывод, что при буксировке на одной глубине с точностью до 1 м дифферент менялся в пределах ±2-3 от некоего среднего значения, т.е. имеет место некоторый синусоидальный процесс в вертикальной плоскости. Отмечается, что различия в изменениях курсов корабля-носителя и ГПБА могут быть связаны с динамикой поведения корабля-носителя, в частности - рысканья, передаваемого на антенну.Based on the analysis of the time dependence of the change in the GPBA trim angle, together with the results of measuring the GPBA immersion depth, the article concludes that when towing at the same depth with an accuracy of 1 m, the trim changed within ± 2-3 from a certain average value, i.e. some sinusoidal process takes place in the vertical plane. It is noted that the differences in changes in the courses of the carrier ship and the GPBA can be associated with the dynamics of the behavior of the carrier ship, in particular, the yaw transmitted to the antenna.

В системах, использующих методы классификации на основе анализа параметров AM подводного шумоизлучения морских объектов, могут быть определены: тип судна, его водоизмещение, количество лопастей гребных винтов, скорость хода, факт изменения курса либо скорости судна. (Кудрявцев А.А, Лугинец К.П. Машошин А.И. «Об амплитудной модуляции подводного шумоизлучения, гражданских судов», Акустический журнал, 2003 г., т. 49, №2., стр. 224-228.In systems using classification methods based on the analysis of the AM parameters of underwater noise emission of marine objects, the following can be determined: the type of vessel, its displacement, the number of propeller blades, speed, the fact of a change in course or speed of the vessel. (Kudryavtsev A.A., Luginets K.P. Mashoshin A.I. “On the amplitude modulation of underwater noise emission, civil ships”, Acoustic Journal, 2003, vol. 49, No. 2., pp. 224-228.

В качестве классификационных признаков в статье рассматриваются два вида модуляции подводных шумов морских судов:As classification features, the article considers two types of modulation of underwater noise of sea vessels:

• вально-лопастная модуляция (ВЛМ), обусловленная кавитацией, возникающей на гребном винте на сверхкритической скорости, и вибрацией корпуса судна с частотой вращения гребного винта;• shaft-blade modulation (VLM) caused by cavitation that occurs on the propeller at supercritical speed and vibration of the ship's hull with the propeller speed;

• модуляция качкой (МК), обусловленная качкой судна на волнении и, как следствие, периодические изменения погруженной в воду части судна.• roll modulation (MK), caused by the ship's rolling in waves and, as a result, periodic changes in the part of the ship submerged in the water.

В качестве дополнительного признака может быть представлен признак, связанный с модуляцией шума обтекания корпуса ПЛ при поддержании ее курса на заданной глубине или при маневрировании в вертикальной плоскости, т.е. при изменении глубины погружения на постоянном курсе.As an additional feature, a feature related to the noise modulation of the flow around the submarine hull while maintaining its course at a given depth or when maneuvering in a vertical plane, i.e. when changing the depth of immersion on a constant course.

Наиболее близким к предлагаемому способу по количеству общих признаков является способ классификации, описанный в статье А.И. Машошина «Оптимизация устройства обнаружения и измерения параметров амплитудной модуляции подводного шумоизлучения морских судов» Акустически журнал, 2013 г, том 59, №3, с. 347-358.The closest to the proposed method in terms of the number of common features is the classification method described in the article by A.I. Mashoshina "Optimization of the device for detecting and measuring the parameters of amplitude modulation of underwater noise emission of sea vessels" Acoustic magazine, 2013, volume 59, No. 3, p. 347-358.

Способ-прототип содержит следующие операции:The prototype method contains the following operations:

• прием антенной сигналов шумоизлучения морского объекта;• reception by the antenna of noise emission signals from a marine object;

• выбор полосы частот шума, где fн,, fв - нижняя и верхняя частоты полосы шума, в которой выделяется амплитудная модуляция (AM) из спектра модулированного шума объекта;• selection of the noise frequency band, where f n, , f v - the lower and upper frequencies of the noise band, in which amplitude modulation (AM) is extracted from the spectrum of the object's modulated noise;

• выделение амплитудной огибающей (АО), для чего используют амплитудный детектор (двухполупериодный линейный детектор);• extraction of the amplitude envelope (AO), for which an amplitude detector is used (two-half-wave linear detector);

• ограничение диапазона частот огибающей, в которой содержится дискретный спектр вально-лопастной модуляции (ВЛМ) и модуляции качкой (МК) с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ);• limiting the frequency range of the envelope, which contains a discrete spectrum of shaft-blade modulation (VLM) and pitch modulation (MK) using a low-pass filter (LPF);

• вычисление энергетического спектра АО с помощью спектроанализатора. (обнаружение в накопленном спектре АО дискретных составляющих (ДС) вально-лопастного звукоряда (ВЛЗР) - ДСвлзр и ДСмк - модуляции качкой и измерение их параметров).• calculation of the AO energy spectrum using a spectrum analyzer. (detection in the accumulated AO spectrum of discrete components (DS) of the shaft-blade sound row (VLZR) - DS vlzr and DS MK - pitching modulation and measurement of their parameters).

Недостатком этого способа является то, что в нем не учитывается влияние поведения ГПБА при буксировке, проявляющееся в модуляции шума буксировки антенны, которая складываясь с модуляцией шумоизлучения обнаруженного объекта, будет искажать реальный механизм модуляции шума цели, что будет понижать результативность классификации объекта.The disadvantage of this method is that it does not take into account the influence of the behavior of the GPBA during towing, which manifests itself in the noise modulation of the antenna towing, which, added to the noise emission modulation of the detected object, will distort the real mechanism of target noise modulation, which will reduce the effectiveness of object classification.

Задачей изобретения является повышение вероятности правильной классификации по признакам, содержащимся в спектре AM сигнала объекта в ЧД АО.The objective of the invention is to increase the probability of correct classification according to the features contained in the spectrum of the AM signal of an object in the BH AO.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении достоверного определения классификационных признаков сигналов шумоизлучения в ЧД АО.The technical result of the invention is to ensure a reliable determination of the classification features of the noise emission signals in the BH AO.

Для обеспечения указанного технического результата в способ классификации гидроакустических сигналов шумоизлучения морского объекта, содержащий прием гибкой протяженной буксируемой антенной (ГПБА) сигнала шумоизлучения морского объекта, преобразование сигнала в цифровой вид, спектральную обработку принятого сигнала, включающую формирование статического веера характеристик направленности (ХН), выделение амплитудной огибающей (АО) принятого сигнала, в котором содержится дискретный спектр вально-лопастной модуляции (ВЛМ) и модуляции качкой (МК), с помощью фильтра низких частот (ФНЧ), вычисление энергетического спектра мощности

Figure 00000001
АО принятого сигнала шумоизлучения морского объекта с помощью БПФ, обнаружение в накопленном спектре АО дискретных составляющих (ДС) ВЛМ и МК, измерение их параметров и определение класса морского объекта по параметрам ДС, отличающийся тем, что создают базу спектральных портретов ДС собственных помех корабля-носителя с ГПБА в частотном диапазоне (ЧД) АОшн шума носителя, для чего до начала эксплуатации корабля-носителя в натурных условиях при отсутствии в акватории морских объектов проводят измерения собственных помех корабля-носителя с ГПБА в ЧД АОшн в зависимости от скорости носителя, направления на объект, волнения моря, глубины погружения, типа гидрологии, тактической задачи, для записи спектральных портретов носителя в ЧД АОшн сигналы собственного шумоизлучения носителя с приемных каналов ГПБА преобразуют в цифровой вид, проводят спектральную обработку, включающую формирование статического веера характеристик направленности (ХН), накопление полученных спектров мощности S(ωk)2, выделение амплитудной огибающей (АО)шн, шума носителя с помощью ФНЧ, производят вычисление энергетического спектра АОшн с помощью БПФ для фиксированного значения собственной скорости носителя (Vco6), волнения моря, глубины погружения, тактической задачи, по всем направлениям статического веера ХН спектры мощности ЧД АО
Figure 00000002
и записывают их в базу спектральных портретов ЧД АОшн, а в режиме обнаружения и классификации в выбранном направлении на морской объект в базе спектральных портретов ЧД АОшн по собственной скорости (Vсоб) и номеру ХН статического веера, соответствующей направлению на обнаруженный морской объект, находят спектральный портрет ЧД АОшн собственных помех
Figure 00000003
а спектр мощности шумоизлучения морского объекта очищенный от собственных помех в ЧД АО
Figure 00000004
, определяют как
Figure 00000005
.To provide the specified technical result in a method for classifying hydroacoustic signals of noise emission of a marine object, comprising receiving a signal of noise emission from a marine object with a flexible extended towed antenna (GPBA), converting the signal into digital form, spectral processing of the received signal, including the formation of a static fan of directivity characteristics (CH), selection amplitude envelope (AO) of the received signal, which contains a discrete spectrum of shaft-blade modulation (VLM) and pitch modulation (MK), using a low-pass filter (LPF), calculation of the energy power spectrum
Figure 00000001
AO of the received noise emission signal of a marine object using the FFT, detection of discrete components (DS) of VLM and MC in the accumulated AO spectrum, measurement of their parameters and determination of the class of the marine object according to the parameters of the DS, characterized in that they create a database of spectral portraits of the DS of the own interference of the carrier ship with GPBA in the frequency range (BH) of AO noise of the carrier, for which, before the start of operation of the carrier ship in natural conditions in the absence of offshore objects in the water area, measurements are made of the own interference of the carrier ship with GPBA in the BH of AO of the carrier, depending on the speed of the carrier, direction to the object, sea waves, immersion depth, type of hydrology, tactical task, to record the spectral portraits of the carrier in the black hole of the AO sh , the signals of the carrier’s own noise emission from the receiving channels of the GPBA are converted into digital form, spectral processing is carried out, including the formation of a static fan of directivity characteristics (CH) , accumulation of the obtained power spectra S(ω k ) 2 , the selection of the amplitude envelope (AO) w , carrier noise using a low-pass filter, the energy spectrum of the AO w is calculated using the FFT for a fixed value of the carrier’s own speed (V co6 ), sea waves, diving depth, tactical task, in all directions of the static fan XH power spectra of BH AO
Figure 00000002
and write them into the database of spectral portraits of BH AO sv , and in the detection and classification mode in the selected direction to the marine object in the database of spectral portraits of BH AO ssh according to its own speed (V inc ) and the number of XH of the static fan corresponding to the direction to the detected marine object, find the spectral portrait of BH AO SH of self-interference
Figure 00000003
and the power spectrum of the noise emission of a marine object, cleaned from its own interference in the black hole of the AO
Figure 00000004
, is defined as
Figure 00000005
.

Сущность изобретения заключается в устранении влияния спектра собственной помехи в ЧД амплитудной модуляции (AM) буксировки ГПБА кораблем-носителем. Для классификации целей важно учитывать не только уровень собственных помех, воспринимаемый ГПБА, но и особенности спектра помехи, зависящей как от скорости движения, так и от тактической задачи, включающей маневр корабля, когда буксируемая антенна претерпевает значительные искривления.The essence of the invention is to eliminate the influence of the spectrum of self-interference in the BH amplitude modulation (AM) towing GPBA by the carrier ship. To classify targets, it is important to take into account not only the level of self-interference perceived by the GPBA, but also the features of the interference spectrum, depending both on the speed of movement and on the tactical task, including the maneuver of the ship, when the towed antenna undergoes significant curvature.

Предложенный способ позволяет из спектра сигнала объекта в ЧД АО вычесть спектр собственной помехи на скорости носителя и соответствующего направления, взятого из банка спектральных портретов в ЧД АОшн носителя для соответствующей гидрологии, волнения моря и тактической задачи.The proposed method makes it possible to subtract from the spectrum of the object's signal in the BH AO the spectrum of self-interference at the carrier speed and the corresponding direction, taken from the bank of spectral portraits in the BH AO of the carrier for the corresponding hydrology, sea waves and tactical tasks.

Таким образом, уменьшение влияния уровня собственных акустических помех буксировки ГПБА способствует повышению эффективности гидроакустического наблюдения цели в ЧД АО.Thus, a decrease in the influence of the level of intrinsic acoustic interference of the GPBA towing contributes to an increase in the efficiency of hydroacoustic target observation in the black hole of the AO.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где приведена блок-схема устройства, реализующего способ.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1, which shows a block diagram of a device that implements the method.

Устройство, реализующее способ, содержит гидроакустическую антенну 1, которая соединена через аналого-цифровой преобразователь 2 (АЦП) с блоком 3 быстрого преобразования Фурье (БПФ). Выход блок 3 связан с блоком 4 формирования характеристик направленности (ФХН), выход блока 4 соединен с входом блока 5 накопления. Выход блока 5 соединен с входом 6 блока обратного преобразования Фурье (ОБПФ), выход блока 6 соединен с входом блока 7 выделения АО. Выход блока 7 и блока 14 отображения и управления соединены с входом блока 8 БПФ. В блок 10 базы «спектральных портретов» помехи носителя по команде управления «создание базы» из блока 14 отображения и управления поступает сигнал с выхода блока 8 и с выхода блока 11 информации системы ориентации (СО) и корабля-носителя. По команде управления «режим обнаружения» блока 14 сигнал с выхода блока 8 поступает на вход блока 9 вычитания спектра помехи носителя, который соединен с блоком 10 базы спектральных портретов ЧД АОшн носителя. Выход блока 9 соединен с входом блока 12 обнаружения дискретных составляющих (ДС). Выход блока 12 соединен с входом блока 13 классификации. Выход блока 13 соединен с входом блока 14 системы отображения и управления.The device that implements the method contains hydroacoustic antenna 1, which is connected through an analog-to-digital converter 2 (ADC) with block 3 fast Fourier transform (FFT). The output of block 3 is connected to block 4 of the formation of directional characteristics (FHN), the output of block 4 is connected to the input of block 5 of accumulation. The output of block 5 is connected to the input 6 of the inverse Fourier transform (IFFT), the output of block 6 is connected to the input of block 7 of the selection of AO. The output of block 7 and block 14 display and control connected to the input of block 8 FFT. In block 10 of the base of "spectral portraits" of carrier interference, according to the control command "create base" from block 14 of display and control, a signal is received from the output of block 8 and from the output of block 11 of information of the orientation system (CO) and the carrier ship. According to the control command "detection mode" of block 14, the signal from the output of block 8 is fed to the input of block 9 for subtracting the interference spectrum of the carrier, which is connected to block 10 of the base of spectral portraits of the BH AO shn of the carrier. The output of block 9 is connected to the input of block 12 for detecting discrete components (DS). The output of block 12 is connected to the input of block 13 classification. The output of block 13 is connected to the input of block 14 of the display and control system.

Блок 2 может быть выполнен так, как это описано в Справочнике «Цифровая обработка сигналов» изд. Радио и связь 1985 г., стр. 91. Блоки 3,6, 8 могут быть реализованы, как описано в книге Л. Рабинер, Б. Гоулд «Теория и применение цифровой обработки сигналов». Изд. «Мир», Москва, 1978 г., стр. 668-674 и блок 9 стр. 201-204.Block 2 can be performed as described in the Handbook "Digital Signal Processing" ed. Radio and Communications 1985, p. 91. Blocks 3,6, 8 can be implemented as described in the book "Theory and Applications of Digital Signal Processing" by L. Rabiner, B. Gould. Ed. Mir, Moscow, 1978, pp. 668-674 and block 9, pp. 201-204.

Блок 4 описан в книге Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев «Корабельная гидроакустика», Санкт-Петербург. Наука, 2004 г., стр. 284-285. Блок 5 описан, например, в книге А.А. Харкевича «Борьба с помехой» изд. Наука, Москва 1965 г, стр. 70-71. Блок 7 и 13 может быть выполнен так, как это описано в статье А.И. Машошина «Оптимизация устройства обнаружения и измерения параметров амплитудной модуляции подводного шумоизлучения морских судов» Акустически журнал, 2013 г., том 59, №3, с. 347-358. Блок 11 описан в статье «Некоторые результаты буксировки блока системы ориентации гибкой протяженной буксируемой антенны на ладожском испытательном полигоне» А.В. Виноградов, А.В. Желтаков, А.Н. Коровин, И.Л. Рубанов, С.А. Семенова, Гидроакустика / Hydroacoustics. СПб.: ОАО «Концерн «Океанприбор», 2013 г., вып. 17(1) стр. 99-104.Block 4 is described in the book by Yu.A. Koryakin, S.A. Smirnov, G.V. Yakovlev "Ship hydroacoustics", St. Petersburg. Science, 2004, pp. 284-285. Block 5 is described, for example, in the book by A.A. Kharkevich "Fighting interference" ed. Nauka, Moscow 1965, pp. 70-71. Blocks 7 and 13 can be performed as described in the article by A.I. Mashoshina "Optimization of the device for detecting and measuring the parameters of amplitude modulation of underwater noise emission of sea vessels" Acoustic magazine, 2013, volume 59, No. 3, p. 347-358. Block 11 is described in the article “Some results of towing the positioning system unit of a flexible extended towed antenna at the Ladoga test site” by A.V. Vinogradov, A.V. Zheltakov, A.N. Korovin, I.L. Rubanov, S.A. Semenova, Hydroacoustics / Hydroacoustics. SPb.: OAO Concern Okeanpribor, 2013, no. 17(1) pp. 99-104.

Выработка решения об обнаружении частот ДС в блоке 12 может быть реализована как, например, описано в книге Л.С. Гутина «Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуационных помехах», Москва «Советское радио», стр. 247-253. Блок 14 отображения и управления может быть выполнен так, как описан в книге Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев «Корабельная гидроакустика», Санкт- Петербург: Наука, 2004 г., стр. 255-261.The development of a decision on the detection of DS frequencies in block 12 can be implemented as, for example, described in the book by L.S. Gutin "Theory of optimal methods of radio reception with fluctuation interference", Moscow "Soviet Radio", pp. 247-253. Block 14 display and control can be performed as described in the book Yu.A. Koryakin, S.A. Smirnov, G.V. Yakovlev "Ship hydroacoustics", St. Petersburg: Nauka, 2004, pp. 255-261.

Блок 10 может быть выполнен так, как описан в книге Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев «Корабельная гидроакустика», Санкт-Петербург: Наука, 2004 г., стр. 248-250.Block 10 can be performed as described in the book by Yu.A. Koryakin, S.A. Smirnov, G.V. Yakovlev "Ship hydroacoustics", St. Petersburg: Nauka, 2004, pp. 248-250.

Реализацию способа целесообразно описать на примере работы устройства (фиг. 1).It is advisable to describe the implementation of the method on the example of the operation of the device (Fig. 1).

Сигналы Si(t) приемных каналов антенны с выхода блока 1 поступают на вход блока 2 АЦП, сигнал Si(k) из АЦП в виде дискретных отсчетов поступают соответственно в блок 3 БПФ для получения комплексных спектров Si(ωк) для каждого элемента антенны. В блок 4 ФХН из блока 3 поступают отсчеты реализации комплексного спектра сигнала для каждого элемента антенны для формирования характеристик направленности статического веера, а с выхода блока 4 ФХН статического веера в блок 5 накопления поступают спектры Sj(ωк) с веера характеристик направленности. В блоке 5 накопления спектров определяется усредненный (накопленный) спектр мощности S(ωk)2 Накопленные в блоке 5 временные последовательности спектров мощности поступают в блок 6 обратного преобразования Фурье (ОБПФ) с последующим выделением АО в блоке 7. Блок 7 содержит амплитудный детектор, фильтр нижних частот (ФНЧ), с помощью которого ограничивается диапазон частот огибающей, в котором содержится дискретный спектр вально-лопастной модуляции (ВЛМ) и модуляции качкой (МК), (на фиг. 1 не показаны) (статья А.И. Машошин «Оптимизация устройства обнаружения и измерения параметров амплитудной модуляции подводного шумоизлучения морских судов» «Акустический журнал 2013 г., том 59, №3, с. 347-353). Блок 7 соединен с блоком 8 вычислителя спектра мощности в ЧД СНЧ с помощью БПФ.The signals S i (t) of the receiving channels of the antenna from the output of block 1 are fed to the input of block 2 of the ADC, the signal S i (k) from the ADC in the form of discrete samples are received, respectively, in block 3 of the FFT to obtain complex spectra S i (ω to ) for each antenna element. From block 3, FHN block 4 receives samples of the implementation of the complex signal spectrum for each antenna element to form the directivity characteristics of the static fan, and from the output of block 4 of the FHN of the static fan, the spectra S j (ω k ) from the fan of directivity characteristics are received from the output of block 4 of the FHN of the static fan. In block 5 of accumulation of spectra, the averaged (accumulated) power spectrum S(ω k ) 2 low-pass filter (LPF), which limits the frequency range of the envelope, which contains a discrete spectrum of shaft-blade modulation (VLM) and pitch modulation (MK), (not shown in Fig. 1) (article by A.I. Mashoshin " Optimization of the device for detecting and measuring the parameters of amplitude modulation of underwater noise emission of sea vessels "" Acoustical Journal 2013, volume 59, No. 3, pp. 347-353). Unit 7 is connected to unit 8 of the VLF power spectrum calculator using an FFT.

Из блока 8 в зависимости от работы блока 14 отображения и управления режимом заполнения базы спектральных портретов шума носителя в ЧД АОшн сигнал поступает либо на вход блока 9 вычитания спектра помехи носителя, либо на вход блока 10 базы спектральных портретов ЧД АОшн помехи носителя.From block 8, depending on the operation of block 14 for displaying and controlling the mode of filling the base of spectral portraits of carrier noise in the BH AO ref , the signal is fed either to the input of block 9 for subtracting the spectrum of carrier interference, or to the input of block 10 of the base of spectral portraits of BH AO ref of interference of the carrier.

Блок 10 базы «спектральных портретов СНЧ ЧД» собственных помех носителя может быть реализован на основе современной универсальной ЭВМ, обладающей способностью работать в реальном времени, возможностью перехода с одной задачи на другую, наличием гибкой адресации к памяти, большой скоростью обработки данных. (Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев «Корабельная гидроакустическая техника», СПб, изд. «Наука», 2004 г. стр. 284)Block 10 of the base of "spectral portraits of VLF BH" of the carrier's own interference can be implemented on the basis of a modern universal computer that has the ability to work in real time, the ability to switch from one task to another, the presence of flexible memory addressing, and high data processing speed. (Yu.A. Koryakin, S.A. Smirnov, G.V. Yakovlev "Ship hydroacoustic technology", St. Petersburg, ed. "Nauka", 2004, p. 284)

Заполняется база спектральными портретами носителя с выхода статического веера характеристик направленности при проведении испытаний как до начала эксплуатации корабля-носителя, так и в период эксплуатации корабля имеется возможность корректировать базу данных.The database is filled with spectral portraits of the carrier from the output of the static fan of directional characteristics during tests both before the launch of the carrier ship, and during the period of the ship's operation, it is possible to correct the database.

В режиме обнаружения и классификации целей на вход блока 9 вычитания спектра помехи носителя поступает спектр мощности

Figure 00000006
с направления на объект (КУj) из блока 8 и из блока 10 базы спектральных портретов ЧД АОшн поступает спектральный портрет
Figure 00000007
собственной помехи носителя по КУ цели и скорости носителя (блок 11). Вычисляется разностный спектр мощности (спектр сигнала объекта):
Figure 00000008
С выхода блока 9 на вход блока 12 обнаружения дискретных составляющих (ДС) в АО поступают спектры мощности в диапазонах ВЛМ и МК для обнаружения частот ДС (A.M. Тюрин Введение в теорию статистических методов в гидроакустике изд. Л. 1963 г. стр. 127-128). Все превысившие порог дискретные составляющие передаются в блок 13 классификации для выработки классификационных признаков по спектру АО сигнала в диапазоне ВЛМ и МК. Результаты классификации по спектральным признакам в АО передаются в блок 14 отображения и управления.In the target detection and classification mode, the input of block 9 for subtracting the interference spectrum of the carrier receives the power spectrum
Figure 00000006
the spectral portrait of the
Figure 00000007
the carrier's own interference according to the KU of the target and the carrier's speed (block 11). The difference power spectrum (object signal spectrum) is calculated:
Figure 00000008
From the output of block 9 to the input of block 12 for detecting discrete components (DS), power spectra are received in the AO in the VLM and MK bands to detect DS frequencies (AM Tyurin Introduction to the theory of statistical methods in hydroacoustics, ed. L. 1963, pp. 127-128 ). All discrete components that have exceeded the threshold are transferred to the classification unit 13 to generate classification features according to the spectrum of the AO signal in the VLM and MK range. The results of the classification by spectral features in the AO are transmitted to the block 14 display and control.

Таким образом, технический результат, заключающийся в устранении влияния спектра помехи носителя при буксировке ГПБА в ЧД АО сигнала, что способствует повышению вероятности правильного определения классификационных спектральных признаков, основанных на ВЛМ и МК, можно считать достигнутым.Thus, the technical result, which consists in eliminating the influence of the interference spectrum of the carrier when towing the GPBA in the black hole of the AO signal, which helps to increase the probability of correctly determining the classification spectral features based on VLM and MC, can be considered achieved.

Claims (1)

Способ классификации шумоизлучения морского объекта, содержащий прием гибкой протяженной буксируемой антенной (ГПБА) сигнала шумоизлучения морского объекта, преобразование сигнала в цифровой вид, спектральную обработку принятого сигнала, включающую формирование статического веера характеристик направленности (ХН), выделение амплитудной огибающей (АО) принятого сигнала, выделение диапазона частот АО, в котором содержится дискретный спектр вально-лопастной модуляции (ВЛМ) и модуляции качкой (МК), с помощью фильтра низких частот (ФНЧ), вычисление энергетического спектра мощности
Figure 00000009
АО принятого сигнала шумоизлучения морского объекта с помощью БПФ, обнаружение в накопленном спектре АО дискретных составляющих (ДС) ВЛМ и МК, измерение их параметров и определение класса морского объекта по параметрам ДС, отличающийся тем, что создают базу спектральных портретов ДС собственных помех корабля-носителя с ГПБА в частотном диапазоне (ЧД) АО, для чего до начала эксплуатации корабля-носителя в натурных условиях при отсутствии в акватории морских объектов проводят измерения собственных помех корабля-носителя с ГПБА в ЧД АОшн в зависимости от скорости носителя, направления на объект, волнения моря, глубины погружения, типа гидрологии, тактической задачи, для записи спектральных портретов носителя в ЧД АОшн сигналы собственного шумоизлучения носителя с приемных каналов ГПБА преобразуют в цифровой вид, проводят спектральную обработку, включающую формирование статического веера характеристик направленности (ХН), накопление полученных спектров мощности, выделение амплитудной огибающей (АО)шн, шума носителя с помощью ФНЧ, производят вычисление энергетического спектра АОшн с помощью БПФ для фиксированного значения собственной скорости носителя (Vco6) волнения моря, глубины погружения, ВСРЗ, тактической задачи, по всем направлениям статического веера ХН спектры мощности ЧД АО
Figure 00000010
и записывают их в базу спектральных портретов ЧД АО, а в режиме обнаружения и классификации в выбранном направлении на морской объект в базе спектральных портретов ЧД АОшн по собственной скорости (Vcoб) и номеру ХН статического веера, соответствующей направлению на обнаруженный морской объект, находят спектральный портрет ЧД АОшн собственных помех
Figure 00000011
а спектр мощности шумоизлучения морского объекта, очищенный от собственных помех в ЧД АО
Figure 00000012
, определяют как
Figure 00000013
A method for classifying the noise emission of a marine object, comprising receiving a signal of the noise emission of a marine object by a flexible extended towed antenna (GPBA), converting the signal into digital form, spectral processing of the received signal, including the formation of a static fan of directivity characteristics (CH), extracting the amplitude envelope (AO) of the received signal, selection of the AO frequency range, which contains a discrete spectrum of shaft-blade modulation (VLM) and roll modulation (MK), using a low-pass filter (LPF), calculation of the energy power spectrum
Figure 00000009
AO of the received noise emission signal of a marine object using the FFT, detection of discrete components (DS) of VLM and MC in the accumulated AO spectrum, measurement of their parameters and determination of the class of the marine object according to the parameters of the DS, characterized in that they create a database of spectral portraits of the DS of the own interference of the carrier ship with GPBA in the frequency range (BH) of the AO, for which, before the launch of the carrier ship in natural conditions, in the absence of offshore objects in the water area, measurements are made of the own interference of the carrier ship with the GPBA in the BL of the AO sh , depending on the speed of the carrier, direction to the object, sea waves, depth of immersion, type of hydrology, tactical task, to record the spectral portraits of the carrier in the black hole of the AO sh , the signals of the carrier's own noise emission from the receiving channels of the GPBA are converted into digital form, spectral processing is carried out, including the formation of a static fan of directivity characteristics (CH), accumulation of the obtained power spectra, separation of amplitude ogy (AO) w , carrier noise using a low-pass filter, the energy spectrum of AO w is calculated using the FFT for a fixed value of the carrier’s own velocity (V co6 ) sea waves, immersion depth, VSRP, tactical task, in all directions of the static fan XH power spectra CHD JSC
Figure 00000010
and record them in the database of spectral portraits of the BH AO, and in the mode of detection and classification in the selected direction to the marine object in the database of spectral portraits of the BH AO SH according to its own speed (V cob ) and the number XH of the static fan corresponding to the direction to the detected marine object, find spectral portrait of BH AO SH of self-interference
Figure 00000011
and the power spectrum of the noise emission of a marine object, cleared of its own interference in the BH AO
Figure 00000012
, is defined as
Figure 00000013
RU2021119713A 2021-07-05 Method for classifying noise emission of a marine object RU2776958C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2776958C1 true RU2776958C1 (en) 2022-07-29

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799118C1 (en) * 2022-11-16 2023-07-04 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Noise emission signal processing method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009047940B3 (en) * 2009-10-01 2011-03-24 Atlas Hydrographic Gmbh Method for determining sound velocity in region of acoustic receiver attached at e.g. research ship during measuring surface profile of waterbody base, involves comparing profiles and determining value for sound velocity based on results
RU2546851C1 (en) * 2013-12-11 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method of classification of hydroacoustic signals of sea object noise emission
RU2603886C1 (en) * 2015-08-25 2016-12-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of sea object sonar noise emission signals classifying
RU2681432C1 (en) * 2018-04-12 2019-03-06 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Noisy target class and distance thereto determining method
RU2681526C1 (en) * 2018-02-22 2019-03-07 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for determining noisy target class and distance thereto
RU2687994C1 (en) * 2018-05-08 2019-05-17 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method of classification of marine objects based on weight coefficients of their classification features
RU2711406C1 (en) * 2018-09-12 2020-01-17 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of classification of hydro acoustic signals of marine objects noise emission

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009047940B3 (en) * 2009-10-01 2011-03-24 Atlas Hydrographic Gmbh Method for determining sound velocity in region of acoustic receiver attached at e.g. research ship during measuring surface profile of waterbody base, involves comparing profiles and determining value for sound velocity based on results
RU2546851C1 (en) * 2013-12-11 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method of classification of hydroacoustic signals of sea object noise emission
RU2603886C1 (en) * 2015-08-25 2016-12-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of sea object sonar noise emission signals classifying
RU2681526C1 (en) * 2018-02-22 2019-03-07 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for determining noisy target class and distance thereto
RU2681432C1 (en) * 2018-04-12 2019-03-06 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Noisy target class and distance thereto determining method
RU2687994C1 (en) * 2018-05-08 2019-05-17 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method of classification of marine objects based on weight coefficients of their classification features
RU2711406C1 (en) * 2018-09-12 2020-01-17 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of classification of hydro acoustic signals of marine objects noise emission

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799118C1 (en) * 2022-11-16 2023-07-04 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Noise emission signal processing method
RU2810699C1 (en) * 2023-05-15 2023-12-28 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for classifying hydroacoustic noise emission signals of marine target

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10725149B1 (en) System and method for autonomous joint detection-classification and tracking of acoustic signals of interest
JP6158845B2 (en) System and method for determining wave characteristics from a mobile platform
RU2603886C1 (en) Method of sea object sonar noise emission signals classifying
CN109239712B (en) Noise detection method based on underwater sound field and sound energy flow
Fialkowski et al. Methods for identifying and controlling sonar clutter
CN110231778B (en) Universal UUV underwater target detection simulation method and system
CN110658514A (en) Classification and identification method of underwater static target
CN108957462A (en) A kind of multi-beam water body data processing method based on smooth bottom
US11249185B2 (en) Signal processing device and radar apparatus
KR101790481B1 (en) Sea surface wind measurement system and method using marine rader
RU2681526C1 (en) Method for determining noisy target class and distance thereto
TM Underwater noise comparison of pre-and post-retrofitted MAERSK G-class container vessels
Colin et al. False-alarm reduction for low-frequency active sonar with BPSK pulses: experimental results
RU2776958C1 (en) Method for classifying noise emission of a marine object
Foeth et al. Localization and source-strength estimation of propeller cavitation noise using hull-mounted pressure transducers
CN109342569B (en) Method for monitoring stability of silt submarine channel slope in real time
Wang et al. Research on the ambient noise observation technology based on the underwater glider
RU2689968C1 (en) Method of classification of marine objects in a typical sound locating station
RU2703804C1 (en) Method of classifying marine objects with passive hydroacoustic means
US6525994B2 (en) Tracking system and method of operation thereof
CN114455042B (en) Intelligent underwater sound detection system based on underwater glider
Gurgel et al. HF radar wave measurements in the presence of ship echoes-problems and solutions
Hjelmervik et al. Predicting false alarm rates for high-resolution antisubmarine warfare sonars in a cluttering environment prone to false alarm rate inflation
Brooks et al. Techniques for extraction of the waveguide invariant from interference patterns in spectrograms
Trevorrow Evidence for non-Rayleigh characteristics in ship underwater acoustic signatures