RU2786039C1 - Method for registering the flow characteristics of a marine object in shallow waters - Google Patents

Method for registering the flow characteristics of a marine object in shallow waters Download PDF

Info

Publication number
RU2786039C1
RU2786039C1 RU2022109167A RU2022109167A RU2786039C1 RU 2786039 C1 RU2786039 C1 RU 2786039C1 RU 2022109167 A RU2022109167 A RU 2022109167A RU 2022109167 A RU2022109167 A RU 2022109167A RU 2786039 C1 RU2786039 C1 RU 2786039C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
marine object
signals
noise
signal processing
Prior art date
Application number
RU2022109167A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Степанович Колмогоров
Степан Анатольевич Шпак
Александр Васильевич Прийма
Original Assignee
Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) filed Critical Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток)
Application granted granted Critical
Publication of RU2786039C1 publication Critical patent/RU2786039C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: hydroacoustics.
SUBSTANCE: invention relates to the field of hydroacoustics, namely to a method for registering the passage characteristics of a marine object in a shallow water area in a wide frequency band, and can be used in measuring the primary hydroacoustic field of marine objects under conditions of non-stationary interference within the registration time of the passage of a marine object and an increased level of random emissions background noise of the shallow marine area. In the method for registering the passage characteristic of a marine object in a shallow water area, first, the noise level of the marine object and the background noise of the water area are recorded using receivers that are part of the reception unit in order to register the "reference" and "measuring" signals. After that, band-pass filtering, analog-to-digital conversion, median filtering are performed in the primary signal processing block, and then used in the cross-correlation function calculation and decision block of the secondary signal processing block, where a pair of receiving channels is determined with the maximum value of the cross-correlation coefficient between the measuring receiving channel and the first reference receiving channel, … measuring receiving channel and K-th reference receiving channel. Then the selected pair of channels of the primary signal processing unit is used to supply "measuring" and "reference" signals to the corresponding inputs of the adaptive filter of the secondary signal processing unit. After performing adaptive filtering, the received signal is used in a recording device for recording the passage characteristics of a marine object, as well as in an amplitude detector for separating and further recording discrete components of the shaft-blade sound row of a marine object. At the same time, a vertical multichannel antenna array (VMAA) is used as a receiving device for the measuring channel, consisting of N measuring hydrophones, the signals from which are sent in parallel to an additionally introduced adaptive adder, which serves to adjust the VMAA by calculating the maximum of the objective function (sum of signals), matching and changing the phases of acoustic signals. Also, after the median filtering in the primary signal processing block, the averaging filtering of the "measuring" and "reference" signals is performed by means of additionally introduced moving average filters.
EFFECT: invention provides the possibility of registering the flow characteristics of a marine object in shallow water conditions, increasing noise immunity when registering the noise emission of a marine object and simultaneously suppressing both impulse noise, spatially correlated noise, and incoherent components of random noise present in shallow water area.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для регистрации проходной характеристики морского объекта в мелководной акватории с повышенным уровнем гидроакустических помех.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used to record the flow characteristics of a marine object in a shallow water area with an increased level of hydroacoustic interference.

Процедура регистрации проходной характеристики морского объекта в мелководной акватории заключается в фиксации текущих значений уровня сигнала шумоизлучения движущегося морского объекта и регистрации изменения этого уровня во времени.The procedure for registering the flow characteristics of a marine object in a shallow water area consists in fixing the current values of the noise emission signal level of a moving marine object and recording the change in this level over time.

Измерения производятся в условиях фоновых помех в мелководной акватории, что в реальных условиях затрудняет регистрацию проходной характеристики морского объекта, поскольку при высоком уровне помех характеристика прохода оказывается искаженной импульсными и шумовыми помехами. При этом, поскольку в мелководной акватории предполагается регистрация малоразмерных и малоинерционных объектов, необходим постоянный непрерывный контроль местоположения морского объекта с использованием импульсных систем позиционирования и элементов движения морского объекта. Эти системы создают дополнительную импульсную помеху, с которой необходимо бороться.Measurements are made under conditions of background noise in shallow waters, which in real conditions makes it difficult to register the passage characteristics of a marine object, since at a high level of interference, the passage characteristic turns out to be distorted by impulse and noise interference. At the same time, since the registration of small-sized and low-inertia objects is expected in the shallow water area, constant continuous monitoring of the location of the marine object is required using impulse positioning systems and motion elements of the marine object. These systems create additional impulse noise that must be dealt with.

Существующие методы измерения проходной характеристики предполагают измерения при расположении измерительной системы в дальней зоне (Фраунгофера) акустического поля морского объекта, характерной для глубокого моря.Existing methods for measuring the transmission characteristic involve measurements with the location of the measuring system in the far zone (Fraunhofer) of the acoustic field of a marine object, which is characteristic of the deep sea.

Эти измерения не дают адекватную картину шумоизлучения малошумных объектов в мелководных акваториях, где возможно ими выполнение поставленных задач. Поскольку в условиях мелководных акваторий наблюдается явление отражения сигнала шумоизлучения от границ акустического волновода (поверхности и дна моря) и возникновение мнимых источников шумоизлучения морского объекта. Это приводит к формированию развитой интерференционной структуры акустического поля в пределах зоны Френеля, которая может иметь существенные размеры. Известно, что уровень интерференционных максимумов в зоне Френеля с расстоянием практически не изменяется, т.е. является одинаковым.These measurements do not give an adequate picture of the noise emission of low-noise objects in shallow water areas, where they can perform their tasks. Since in the conditions of shallow water areas, the phenomenon of reflection of the noise signal from the boundaries of the acoustic waveguide (the surface and bottom of the sea) and the appearance of imaginary sources of noise emission of a marine object are observed. This leads to the formation of a developed interference structure of the acoustic field within the Fresnel zone, which can have significant dimensions. It is known that the level of interference maxima in the Fresnel zone practically does not change with distance; is the same.

На фигуре 1 представлены результаты численного моделирования ближних зон Френеля гидроакустических излучателей различной формы: плоского круглого поршневого (1а) и плоского прямоугольного поршневого (1б).The figure 1 shows the results of numerical simulation of the near Fresnel zones of hydroacoustic emitters of various shapes: a flat round piston (1a) and a flat rectangular piston (1b).

На фигуре 2 представлен расчет акустического поля от источника тонального сигнала в мелком море с использованием программы РПЗЭМС для расстояния до 200 м.Figure 2 shows the calculation of the acoustic field from a tone signal source in a shallow sea using the RSEMS program for a distance of up to 200 m.

Как видно из фигур 1, 2 при изменении расстояния между излучателем и приемным гидрофоном в пределах зоны Френеля практически не происходит изменений максимальных значений звукового давления. Аналогичная картина будет наблюдаться и на других частотах. As can be seen from figures 1, 2, when the distance between the emitter and the receiving hydrophone changes within the Fresnel zone, there are practically no changes in the maximum values of sound pressure. A similar picture will be observed at other frequencies.

Поэтому в условиях интерференционной структуры акустического поля мелководной акватории измерения проходной характеристики в виде временной диаграммы изменения уровня сигнала во времени на одиночный гидрофон малоэффективны. Therefore, under the conditions of the interference structure of the acoustic field of a shallow water area, measurements of the transmission characteristic in the form of a time diagram of the change in the signal level over time to a single hydrophone are ineffective.

Известен способ измерения шумоизлучения в мелком море при использовании разворачиваемой в акватории линейной решетки гидрофонов. A known method for measuring noise emission in shallow seas using a linear array of hydrophones deployed in the water area.

Комплекс для измерения уровня подводного шума - система измерения гидроакустического поля (СИ ГАП) «Нева - ИПФ» предназначен для измерения гидроакустических полей надводных и подводных кораблей на ходовых и стояночных режимах в условиях мелководных полигонов с глубинами до 300 метров. [Бармак А.С., Коротин П.И., Слижов А.Б., Турчин В.И, Чащин А.С. Комплекс для измерения параметров гидроакустического поля СИ ГАП «Нева-ИПФ» // Морская радиоэлектроника № 1, 2011 г.]The complex for measuring the level of underwater noise - the system for measuring the hydroacoustic field (SI GAP) "Neva - IPF" is designed to measure the hydroacoustic fields of surface and submarine ships in running and parking modes in shallow water polygons with depths of up to 300 meters. [Barmak A.S., Korotin P.I., Slizhov A.B., Turchin V.I., Chashchin A.S. Complex for measuring the parameters of the hydroacoustic field SI GAP "Neva-IPF" // Marine Radioelectronics No. 1, 2011]

Целевое назначение комплекса СИГАП «Нева-ИПФ» - измерение уровня подводного шума кораблей на мелководных полигонах в присутствии шумов судоходства. СИГАП «Нева-ИПФ» использует разворачиваемую в акватории линейную решётку гидрофонов. Подавление помехи в СИГАП «Нева-ИПФ» осуществляется за счёт формирования характеристики направленности (ХН) линейной решёткой гидрофонов. [Руководство по эксплуатации комплекса СИ ГАП «Нева ИПФ» - Н. Новгород: ИПФ РАН, 2006].The purpose of the SIGAP complex "Neva-IPF" is to measure the level of underwater noise of ships in shallow water test sites in the presence of shipping noise. SIGAP "Neva-IPF" uses a linear array of hydrophones deployed in the water area. Interference suppression in the Neva-IPF SIGAP is carried out due to the formation of the directivity characteristic (CH) by a linear array of hydrophones. [Manual for the operation of the complex SI GAP "Neva IPF" - Nizhny Novgorod: IAP RAS, 2006].

Известно, что характеристика направленности (ХН) формируется в дальней зоне (Фраунгофера) антенны. При этом для формирования ХН на низких частотах размер антенны должен быть соизмерим с длиной волны, что требует больших её размеров.It is known that the directivity characteristic (CH) is formed in the far zone (Fraunhofer) of the antenna. At the same time, for the formation of CI at low frequencies, the size of the antenna must be commensurate with the wavelength, which requires its large size.

Поэтому основной недостаток СИГАП заключается в том, что расстояние между антенной и морским объектом должно обеспечивать нахождение морского объекта в дальней зоне (Фраунгофера). Известно [Новиков А.К. Статистические измерения и обнаружение сигналов. - СПб.: ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 2006 г.], что граница дальнего поля источника и антенны определяется условием зоны Фраунгофера: Therefore, the main disadvantage of SIGAP is that the distance between the antenna and the marine object must ensure that the marine object is located in the far zone (Fraunhofer). It is known [Novikov A.K. Statistical measurements and signal detection. - St. Petersburg: Central Research Institute im. acad. A.N. Krylova, 2006] that the boundary of the far field of the source and antenna is determined by the Fraunhofer zone condition:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где Da - размер антенны;where Da is the size of the antenna;

Du - размер источника излучения; Du is the size of the radiation source;

λ - длина волны.λ is the wavelength.

Следует отметить, что в мелководной акватории отражения сигнала шумоизлучения от границ акустического волновода (поверхности и дна моря) приводят к возникновению мнимых источников излучения. Это приводит к многократному увеличению размера источника излучения D u и как следствие к многократному увеличению зоны Френеля (интерференционной зоны акустического поля). В условиях мелкой акватории (глубина акватории от нескольких метров до десятка метров) и интерференционного поля (зоны Френеля) формирование ХН не будет происходить.It should be noted that in a shallow water area, reflections of the noise emission signal from the boundaries of the acoustic waveguide (surface and bottom of the sea) lead to the appearance of imaginary radiation sources. This leads to a multiple increase in the size of the radiation source D u and, as a consequence, to a multiple increase in the Fresnel zone (the interference zone of the acoustic field). In the conditions of a shallow water area (water area depth from several meters to tens of meters) and an interference field (Fresnel zone), the formation of CI will not occur.

Поэтому недостатки этой системы заключаются в том, что: Therefore, the disadvantages of this system are that:

- регистрация проходной характеристики малошумного и малоразмерного шумящего объекта в условиях мелководной акватории (глубина акватории от нескольких метров до десятка метров) в виде временной диаграммы изменения уровня сигнала во времени малоэффективна.- registration of the flow characteristics of a low-noise and small-sized noisy object in shallow water conditions (water area depth from several meters to tens of meters) in the form of a time diagram of signal level changes over time is ineffective.

- низкая помехоустойчивость в условиях импульсных и пространственно коррелированных и флуктуационных шумовых помех.- low noise immunity under conditions of impulse and spatially correlated and fluctuating noise interference.

Известен способ регистрации шумоизлучения малошумного морского объекта (Патент 2572052 Российской Федерации, МПК G01S 15/04. Способ регистрации малошумного морского объекта / Колмогоров B.C., Викторов Р.В., Шпак С.А., Омельченко А.В., Решетников Д.С.; патентообладатель Шпак С.А. - № 2014119095/28; заявл. 12.05.2014; опубл. 27.12.2015;
бюл. № 36).
A known method for recording noise emission of a low-noise marine object (Patent 2572052 of the Russian Federation, IPC G01S 15/04. Method for registering a low-noise marine object / Kolmogorov BC, Viktorov R.V., Shpak S.A., Omelchenko A.V., Reshetnikov D.S. .; patentee Shpak S.A. - No. 2014119095/28; application 05/12/2014; published 12/27/2015;
bul. No. 36).

Выбранный в качестве аналога способ устраняет существенный недостаток методов, описанных выше, а именно малую помехоустойчивость при применении в условиях нестационарности помехи в пределах времени регистрации прохода морского объекта.The method chosen as an analog eliminates a significant drawback of the methods described above, namely, low noise immunity when used in conditions of non-stationary interference within the registration time of the passage of a marine object.

При этом аналог обладает существенными недостатками:At the same time, the analogue has significant disadvantages:

- невозможность регистрации проходной характеристики в виде временной диаграммы изменения уровня сигнала во времени при использовании одиночного ненаправленного гидрофона в интерференционном поле мелководной акватории; - the impossibility of registering the flow characteristic in the form of a time diagram of the change in the signal level over time when using a single non-directional hydrophone in the interference field of a shallow water area;

- снижение помехоустойчивости при применении в условиях помех импульсного характера и наличии случайных флуктуаций в тракте обработки сигналов. - reduction of noise immunity when used in conditions of pulsed interference and the presence of random fluctuations in the signal processing path.

Подавление импульсной помехи устранено другим известным способом регистрации малошумного морского объекта с использованием медианной фильтрации (Патент 2616357 Российской Федерации, МПК G01S 15/04. Способ регистрации малошумного морского объекта с использованием медианной фильтрации / Пономарев М.О., Колмогоров В.С., Шпак С.А., Викторов Р.В. - № 2016107561; заявл. 01.03.2016; опубл. 14.04.2017; бюл. № 11), который принят за прототип.The suppression of impulse noise is eliminated by another known method for registering a low-noise marine object using median filtering (Patent 2616357 of the Russian Federation, IPC G01S 15/04. Method for registering a low-noise marine object using median filtering / Ponomarev M.O., Kolmogorov V.S., Shpak S.A., Viktorov R.V. - No. 2016107561; application 03/01/2016; published 04/14/2017; Bulletin No. 11), which is taken as a prototype.

Способ регистрации малошумного морского объекта с использованием медианной фильтрации заключается в том, что сначала регистрируют в приемных устройствах «опорную» амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) шумового поля водного пространства. После чего выполняют ее фильтрацию и аналого-цифровое преобразование в блоке первичной обработки сигналов, а затем используют в блоке расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения блока вторичной обработки сигналов с целью определения, и выбора пары приемных устройств с максимальным значением коэффициентов взаимной корреляции между первым и вторым, первым и третьим, первым и N-м приемными устройствами. Затем «опорную» АЧХ подают на соответствующие входы адаптивного фильтра блока вторичной обработки сигналов, где вырабатывают «нормированную» АЧХ шумового поля охраняемого водного пространства. Далее при появлении малошумного морского объекта в охраняемом водном пространстве в области расположения приемных устройств формируют «рабочую» АЧХ водного пространства, которую через ранее выбранный первый приемный канал подают на первый вход блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения, и первый вход адаптивного фильтра блока вторичной обработки сигналов. В случае превышения амплитуды «рабочей» АЧХ водного пространства над выработанным порогом «нормированной» АЧХ регистрируют АЧХ малошумного морского объекта. При этом в первом, втором и N-м приемных каналах блока первичной обработки сигналов после выполнения аналого-цифрового преобразования дополнительно осуществляют медианную фильтрацию посредством использования соответствующих медианных фильтров.The method for registering a low-noise marine object using median filtering consists in first registering in the receivers a "reference" amplitude-frequency characteristic (AFC) of the noise field of the water space. After that, it is filtered and analog-to-digital conversion is performed in the primary signal processing block, and then used in the block for calculating the cross-correlation function and making a decision of the secondary signal processing block in order to determine and select a pair of receivers with the maximum value of the cross-correlation coefficients between the first and second, first and third, first and N-th receivers. Then the "reference" frequency response is fed to the corresponding inputs of the adaptive filter of the secondary signal processing unit, where the "normalized" frequency response of the noise field of the protected water area is generated. Further, when a low-noise marine object appears in a protected water area in the area of the location of the receiving devices, a “working” frequency response of the water area is formed, which is fed through the previously selected first receiving channel to the first input of the block for calculating the cross-correlation function and decision making, and the first input of the adaptive filter of the secondary block signal processing. If the amplitude of the "working" frequency response of the water space exceeds the developed threshold of the "normalized" frequency response, the frequency response of a low-noise marine object is recorded. In this case, in the first, second and N-th receiving channels of the primary signal processing unit, after performing the analog-to-digital conversion, median filtering is additionally performed by using the corresponding median filters.

Данный способ обладает существенным недостатками:This method has significant disadvantages:

- малоэффективен при регистрации проходной характеристики в виде временной диаграммы изменения уровня сигнала во времени при использовании одиночного ненаправленного гидрофона в интерференционном поле мелководной акватории (зоне Френеля);- it is ineffective when registering the flow characteristic in the form of a time diagram of the change in the signal level over time when using a single non-directional hydrophone in the interference field of a shallow water area (Fresnel zone);

- снижение помехоустойчивости при применении в условиях помех в виде случайных некоррелированных флуктуаций в тракте обработки сигналов.- reduction of noise immunity when used in conditions of interference in the form of random uncorrelated fluctuations in the signal processing path.

На устранение описанных недостатков направлено заявленное изобретение, технической задачей которого является создание нового способа регистрации проходной характеристики морского объекта в условиях мелководной акватории и наличия импульсных, пространственно коррелированных и некоррелированных шумовых помех. The claimed invention is aimed at eliminating the described shortcomings, the technical task of which is to create a new method for registering the flow characteristics of a marine object in shallow water conditions and the presence of pulsed, spatially correlated and uncorrelated noise interference.

Регистрация проходной характеристики в предложенном способе производится при фиксированной кривизне базы вертикальной многоканальной антенной решетки (ВМАР). При этом в схеме обработки (при помощи адаптивного сумматора) в каждом канале ВМАР устанавливается задержка сигнала, соответствующая предполагаемой траверзной дистанции от морского объекта до каждого электроакустического приемника (измерительного гидрофона) ВМАР, т.е. создается база под определенную кривизну фронта принимаемой волны от измеряемого объекта. После прохода морского объекта отклик антенны уточняется по фактическому траверзному расстоянию ВМАР от морского объекта путем процедуры оптимизации и нахождения максимума целевой функции, т.е. суммы от всех приемников.Registration of the flow characteristics in the proposed method is carried out at a fixed curvature of the base of the vertical multichannel antenna array (VMAR). In this case, in the processing circuit (using an adaptive adder) in each VMAP channel, a signal delay is set corresponding to the assumed traverse distance from the marine object to each VMAR electroacoustic receiver (measuring hydrophone), i.e. a base is created for a certain curvature of the front of the received wave from the measured object. After the passage of the marine object, the antenna response is refined according to the actual traverse distance of the VMAR from the marine object by the optimization procedure and finding the maximum of the objective function, i.e. sums from all receivers.

С целью проверки возможности формирования отклика антенны в виде характеристики направленности (ХН) в ближней зоне гидроакустической антенны было произведено имитационное моделирование с использованием программной среды С++.In order to check the possibility of forming an antenna response in the form of a directivity characteristic (CH) in the near zone of a hydroacoustic antenna, simulation modeling was carried out using the C ++ software environment.

На фигуре 3 показаны результаты имитационного моделирования многоэлементной антенны.Figure 3 shows the simulation results of a multi-element antenna.

На фигуре 3а представлен расчет ХН (в декартовой и в полярной системах координат) и базы антенны при расположении источника звука в зоне Фраунгофера (дальней зоне). Поскольку фронт волны плоский и база антенны тоже плоская, то ХН формируется. При помещении источника звука в зону Френеля, происходит развал ХН (фигура 3б).Figure 3a shows the calculation of XH (in Cartesian and polar coordinate systems) and the antenna base when the sound source is located in the Fraunhofer zone (far zone). Since the wave front is flat and the antenna base is also flat, the XH is formed. When a sound source is placed in the Fresnel zone, the XN collapses (figure 3b).

Как видно на фигуре 3в, использование процедуры оптимизации позволяет согласовать базу антенны и фронт волны (сфокусировать на источник сигнала) и сформировать ХН при нахождении источника звука в зоне Френеля.As can be seen in figure 3c, the use of the optimization procedure makes it possible to match the antenna base and the wave front (focus on the signal source) and form the HH when the sound source is in the Fresnel zone.

Для процедуры оптимизации, к примеру, математический пакет программ в среде "Mathcad" предлагает две функции - «Maximize» и «Minimize». For the optimization procedure, for example, the mathematical software package in the "Mathcad" environment offers two functions - "Maximize" and "Minimize".

С помощью функции «Maximize» (F, р1, р2, …, pn), где F - функция цели; р1, р2, …, pn - варьируемые параметры объекта оптимизации (уровни звукового давления с отдельных измерительных гидрофонов ВМАР) осуществляется поиск параметров, соответствующих максимуму функции F.Using the "Maximize" function (F, p1, p2, ..., pn), where F is the goal function; p1, p2, ..., pn - variable parameters of the optimization object (sound pressure levels from individual measuring hydrophones VMAP) search for parameters corresponding to the maximum of the function F.

Для реализации алгоритма поиска максимального значения суммы сигналов от отдельных приемных электроакустических преобразователей, при которых значение отклика антенны будет максимальным, используется встроенная функция Maximize. При этом результат будет представлен в виде вектора значений, при которых целевая функция достигает максимума.To implement the search algorithm for the maximum value of the sum of signals from individual receiving electroacoustic transducers, at which the antenna response value will be maximum, the built-in function Maximize is used. In this case, the result will be presented as a vector of values at which the objective function reaches its maximum.

При многопараметрической оптимизации в основу решения заложен принцип градиентных численных методов, который состоит в последовательном приближении к экстремуму (максимальному значению суммы сигналов от отдельных измерительных гидрофонов ВМАР) с помощью нахождения градиента ∇F(p) непрерывно дифференцируемой целевой функции F(p). Он направлен в сторону наибольшего возрастания функции в данной точке. К примеру, Mathcad позволяет выбрать один из трех алгоритмов решения: сопряженных градиентов, квазиньютоновский или Левенберга-Маркарда. In multiparameter optimization, the solution is based on the principle of gradient numerical methods, which consists in successive approximation to the extremum (the maximum value of the sum of signals from individual VMAP measuring hydrophones) by finding the gradient ∇F(p) of the continuously differentiable objective function F(p). It is directed in the direction of the greatest increase in the function at a given point. For example, Mathcad allows you to choose one of three solution algorithms: conjugate gradients, quasi-Newtonian, or Levenberg-Marquard.

Для компенсации помех в способе используются:To compensate for interference in the method, the following are used:

- медианные фильтры (подавление импульсных помех);- median filters (suppression of impulse noise);

- фильтры скользящего среднего (подавление некоррелированных шумовых помех);- moving average filters (suppression of uncorrelated noise interference);

- адаптивный фильтр (компенсация пространственно коррелированных помех);- adaptive filter (compensation of spatially correlated noise);

Перед компенсацией пространственно коррелированных помех производится подавление импульсных помех с использованием медианного фильтра и подавление некоррелированных шумовых помех с использованием фильтра скользящего среднего, как в блоке первичной обработки сигналов, так и в приемном канале опорных гидрофонов.Before compensating for spatially correlated interference, impulse noise is suppressed using a median filter and uncorrelated noise interference is suppressed using a moving average filter, both in the primary signal processing unit and in the receiving channel of the reference hydrophones.

Для компенсации коррелированных помех производится прием сигнал + помеха на ВМАР и производится прием помехи на опорные гидрофоны опорных приемных каналов, расположенные на таком расстоянии, чтобы не принимать сигнал. На первый вход адаптивного фильтра поступает смесь сигнал + помеха с ВМАР, сфокусированной на источник шумоизлучения; на другой канал поступает помеха с одного из опорных гидрофонов. Перед подачей сигналов с ВМАР и опорного гидрофона производится процедура нормировки и центровки сигналов с целью выравнивания их по уровню.To compensate for correlated interference, a signal + interference is received on the VMAR and interference is received on the reference hydrophones of the reference receiving channels located at such a distance as not to receive the signal. The first input of the adaptive filter receives a mixture of signal + noise with VMAR focused on the noise source; the other channel receives interference from one of the reference hydrophones. Before signals are sent from the VMAR and the reference hydrophone, the signals are normalized and centered in order to equalize them in level.

Выбор опорного гидрофона из набора опорных гидрофонов для более эффективной компенсации коррелированной помехи производится по критерию максимума взаимно корреляционной функции по помехе между ВМАР и опорными гидрофонами (ВМАР и первым опорным гидрофоном, … ВМАР и K-м опорным гидрофоном) Вычисление взаимно-корреляционной функции по помехе между измерительным гидрофоном ВМАР и опорными гидрофонами производится в блоке расчета взаимно-корреляционной функции и принятия решения.The selection of a reference hydrophone from a set of reference hydrophones for more effective compensation of correlated interference is made according to the criterion of the maximum cross-correlation function for interference between VMAR and reference hydrophones (VMAR and the first reference hydrophone, ... VMAR and the Kth reference hydrophone) Calculation of the cross-correlation function for interference between the measuring hydrophone VMAP and the reference hydrophones is performed in the block for calculating the cross-correlation function and making a decision.

После медианной фильтрации, усреднения в фильтрах скользящего среднего и адаптивной фильтрации сигнал от ВМАР поступает на регистрирующее устройство, где происходит регистрация:After median filtering, averaging in the moving average filters and adaptive filtering, the signal from the VMAP arrives at the recording device, where the recording takes place:

- проходной характеристики (уровня сигнала во времени); - throughput characteristic (signal level in time);

- спектрограммы прохода (спектральной плотности сигнала во времени); - spectrograms of the passage (spectral signal density over time);

- спектрограммы амплитудной огибающей (уровня и частот дискретных составляющих вольно-лопастного звукоряда шумоизлучения морского объекта после амплитудного детектирования во времени).- spectrograms of the amplitude envelope (the level and frequencies of the discrete components of the free-blade sound range of the noise emission of a marine object after amplitude detection in time).

Регистрация спектрограммы прохода (спектральной плотности сигнала во времени) производится от одиночного измерительного гидрофона ВМАР. Пример регистрации проходной характеристики морского объекта в мелководной акватории в виде спектрограммы показан на
фигуре 4.
Registration of the passage spectrogram (spectral signal density in time) is performed from a single measuring hydrophone VMAP. An example of registering the flow characteristics of a marine object in a shallow water area in the form of a spectrogram is shown in
figure 4.

Из фигуры 4 видно, что в мелководной акватории наблюдается пространственная частотная интерференция, и уровни спектральных максимумов имеют одинаковые значения в пределах зоны интерференции Figure 4 shows that spatial frequency interference is observed in shallow waters, and the levels of spectral maxima have the same values within the interference zone

В качестве регистрирующего устройства может выступать комплекс регистрации и анализа сигналов типа «Кряква», который позволяет производить регистрацию перечисленных характеристик прохода морского объекта одновременно.As a recording device, a complex for recording and analyzing signals of the Kryakva type can act, which allows recording the listed characteristics of the passage of a marine object simultaneously.

Реализация поставленной технической задачи позволяет добиться следующего технического результата:The implementation of the set technical task allows to achieve the following technical result:

- создан способ для регистрации проходной характеристики морского объекта в условиях мелководной акватории, с использованием ВМАР, что позволяет повысить помехоустойчивость при регистрации шумоизлучения морского объекта в условиях мелководной акватории и повышенного уровня импульсных помех от работы систем позиционирования морских объектов и фоновых шумовых помех (коррелированных и не коррелированных).- a method has been created for registering the flow characteristics of a marine object in shallow water conditions using VMAR, which makes it possible to increase noise immunity when registering the noise emission of a marine object in shallow water conditions and an increased level of impulse noise from the operation of marine object positioning systems and background noise interference (correlated and not correlated).

Способ регистрации проходной характеристики морского объекта в мелководной акватории, заключающийся в том, что сначала производят запись уровня шумоизлучения морского объекта и фоновых помех акватории при помощи приемных устройств, входящих в состав блока приема, с целью регистрации «опорного» и «измерительного» сигнала. После этого выполняют полосовую фильтрацию, аналогово-цифровое преобразование, медианную фильтрацию в блоке первичной обработки сигналов, а затем используют в блоке расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения блока вторичной обработки сигналов, где определяют пару приемных каналов с максимальным значением коэффициента взаимной корреляции между измерительным приемным каналом и первым опорным приемным каналом, … измерительным приемным каналом и К-ым опорным приемным каналом. Затем выбранную пару каналов блока первичной обработки сигналов используют для подачи «измерительного» и «опорного» сигналов на соответствующие входы адаптивного фильтра блока вторичной обработки сигналов. После выполнения адаптивной фильтрации полученный сигнал используют в регистрирующем устройстве для регистрации проходной характеристики морского объекта, а также в амплитудном детекторе для выделения и дальнейшей регистрации дискретных составляющих вально-лопастного звукоряда морского объекта.A method for recording the flow characteristics of a marine object in a shallow water area, which consists in first recording the level of noise emission of the marine object and background noise of the water area using receivers included in the receiving unit, in order to register the "reference" and "measuring" signal. After that, band-pass filtering, analog-to-digital conversion, median filtering are performed in the primary signal processing block, and then used in the cross-correlation function calculation and decision block of the secondary signal processing block, where a pair of receiving channels is determined with the maximum value of the cross-correlation coefficient between the measuring receiving channel and the first reference receiving channel, ... measuring receiving channel and K-th reference receiving channel. Then the selected pair of channels of the primary signal processing unit is used to supply "measuring" and "reference" signals to the corresponding inputs of the adaptive filter of the secondary signal processing unit. After performing adaptive filtering, the received signal is used in a recording device for recording the passage characteristics of a marine object, as well as in an amplitude detector for separating and further recording discrete components of the shaft-blade sound row of a marine object.

Принципиальным отличием заявленного способа от прототипа является то, что в качестве приемного устройства блока приема измерительного канала применяют вертикальную многоканальную антенную решетку (ВМАР) состоящую из N-измерительных гидрофонов, сигналы с которых параллельно поступают на дополнительно введенный адаптивный сумматор для суммирования и расчета максимума целевой функции (суммы сигналов), согласования и изменения фаз акустических сигналов ВМАР. Также после медианной фильтрации в блоке первичной обработки сигналов выполняют усредняющую фильтрацию «измерительного» и «опорных» сигналов посредством дополнительно введенных фильтров скользящего среднего.The fundamental difference between the claimed method and the prototype is that a vertical multichannel antenna array (VMAR) consisting of N-measuring hydrophones is used as a receiving device of the measuring channel receiving unit, the signals from which are sent in parallel to an additionally introduced adaptive adder for summation and calculation of the maximum objective function (sums of signals), matching and changing the phases of acoustic signals VMAP. Also, after the median filtering in the primary signal processing block, the averaging filtering of the "measuring" and "reference" signals is performed by means of additionally introduced moving average filters.

Отличительный признак, применение ВМАР, позволяет использовать принципы пространственной фильтрации принятых сигналов в результате подстройки антенной решетки (ВМАР) под фронт принимаемых волн, возникающих в результате прохода движущегося морского объекта. Подстройка ВМАР осуществляется в результате применения адаптивного сумматора, служащего для адаптивной оптимизации путем расчета максимума целевой функции (суммы сигналов), согласования и изменения фаз акустических сигналов. Результатом применения ВМАР с адаптивным сумматором является возможность произвести регистрацию проходной характеристики морского объекта в условиях мелководной акватории.A distinctive feature, the use of VMAR, allows you to use the principles of spatial filtering of the received signals as a result of tuning the antenna array (VMAR) to the front of the received waves resulting from the passage of a moving marine object. Adjustment of the VMAP is carried out as a result of the use of an adaptive adder, which serves for adaptive optimization by calculating the maximum of the objective function (sum of signals), matching and changing the phases of acoustic signals. The result of using VMAP with an adaptive adder is the ability to register the flow characteristics of a marine object in shallow water conditions.

Отличительный признак, дополнительное применение фильтров скользящего среднего после соответствующих медианных фильтров в блоке первичной обработки сигналов для выполнения усредняющей фильтрации «измерительного» и «опорных» сигналов, позволяет нивелировать воздействие некоррелированных помех при регистрации проходной характеристики морского объекта в условиях мелкого моря.A distinctive feature, the additional use of moving average filters after the corresponding median filters in the primary signal processing unit to perform averaging filtering of the "measuring" and "reference" signals, allows you to level the impact of uncorrelated noise when registering the flow characteristics of a marine object in shallow sea conditions.

На фигуре 1 представлены результаты численного моделирования ближних зон Френеля гидроакустических излучателей различной формы: плоского круглого поршневого (1а) и плоского прямоугольного поршневого (1б).The figure 1 shows the results of numerical simulation of the near Fresnel zones of hydroacoustic emitters of various shapes: a flat round piston (1a) and a flat rectangular piston (1b).

На фигуре 2 представлен расчет акустического поля от источника тонального сигнала в мелком море с использованием программы РПЗЭМС для расстояния до 200 м.Figure 2 shows the calculation of the acoustic field from a tone signal source in a shallow sea using the RSEMS program for a distance of up to 200 m.

На фигуре 3 показаны результаты имитационного моделирования многоэлементной антенны.Figure 3 shows the simulation results of a multi-element antenna.

На фигуре 4 показан пример регистрации проходной характеристики морского объекта в мелководной акватории в виде спектрограммы. The figure 4 shows an example of registering the flow characteristics of a marine object in a shallow water area in the form of a spectrogram.

Предложенный способ реализуется в устройстве для регистрации проходной характеристики морского объекта в мелководной акватории с использованием вертикальной многоканальной антенной решетки. Схема устройства приведена на фигуре 5.The proposed method is implemented in a device for recording the flow characteristics of a marine object in shallow waters using a vertical multichannel antenna array. The device diagram is shown in figure 5.

На схеме представлено:The diagram shows:

1. Блок приема1. Receiving unit

1. 1 Вертикальная многоканальная антенная решетка (ВМАР)1. 1 Vertical multi-channel antenna array (VMAR)

1.1.1 Первый измерительный гидрофон 1.1.1 First measuring hydrophone

1.1.N. N-й измерительный гидрофон 1.1.N. Nth measuring hydrophone

1.2. Первый опорный гидрофон1.2. First reference hydrophone

1.К. К-ый опорный гидрофон1 TO. K-th reference hydrophone

2. Блок первичной обработки сигналов2. Block of primary signal processing

2.1 Измерительный приемный канал2.1 Measuring receiving channel

2.1.1 Адаптивный сумматор2.1.1 Adaptive totalizer

2.1.2 Блок полосовых фильтров (ПФ)2.1.2 Block of bandpass filters (BPF)

2.1.3 Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП)2.1.3 Analog to digital converter (ADC)

2.1.4 Медианный фильтр (МФ)2.1.4 Median filter (MF)

2.1.5 Фильтр скользящего среднего (ФССр)2.1.5 Moving Average Filter (MAF)

2.2 Первый опорный приемный канал 2.2 First reference receive channel

2.2.1 Первый блок полосовых фильтров (ПФ)2.2.1 First block of bandpass filters (BPF)

2.2.2 Первый аналогово-цифровой преобразователь (АЦП)2.2.2 The first analog-to-digital converter (ADC)

2.2.3 Первый медианный фильтр (МФ)2.2.3 First median filter (MF)

2.2.4 Первый фильтр скользящего среднего (ФССр)2.2.4 First Moving Average Filter (MAF)

2.K. К-й опорный приемный канал2.K. K-th reference receiving channel

2.K.1 К-й блок полосовых фильтров (ПФ)2.K.1 K-th block of band-pass filters (BPF)

2.K.2 К-й аналогово-цифровой преобразователь (АЦП)2.K.2 K-th analog-to-digital converter (ADC)

2.К.3 K-й медианный фильтр (МФ)2.K.3 K-th median filter (MF)

2.K.4 K-й фильтр скользящего среднего (ФССр)2.K.4 K-th moving average filter (MAF)

3. Блок вторичной обработки сигналов3. Block of secondary signal processing

3.1 Блок расчета взаимно-корреляционной функции и принятия решения3.1 Block for calculating the cross-correlation function and making a decision

3.2 Адаптивный фильтр3.2 Adaptive filter

4. Амплитудный детектор4. Amplitude detector

5. Регистрирующее устройство5. Recorder

Все конструктивные элементы в блоке приема 1, в блоке первичной обработки сигналов 2, в блоке вторичной обработки сигналов 3, а также амплитудный детектор 4, регистрирующее устройство 5 соединены электрическими связями. All structural elements in the receiving unit 1, in the primary signal processing unit 2, in the secondary signal processing unit 3, as well as the amplitude detector 4, the recording device 5 are electrically connected.

В вертикальной многоканальной антенной решетке 1.1 используются идентичные измерительные гидрофоны 1.1…1.N, выход каждого из которых параллельно соединен с входом адаптивного сумматора 2.1.1, осуществляющего передачу принятого сигнала на вход блока полосовых фильтров 2.1.2 и затем на вход аналогово-цифрового преобразователя 2.1.3, выход которого поступает на вход медианного фильтра 2.1.4, с выхода медианного фильтра 2.1.4 на фильтр скользящего среднего 2.1.5, с последующей передачей на первый вход адаптивного фильтра 3.2 и на вход блока расчета взаимно-корреляционной функции и принятия решения 3.1 блока вторичной обработки сигналов 3. In the vertical multichannel antenna array 1.1, identical measuring hydrophones 1.1…1.N are used, the output of each of which is connected in parallel to the input of the adaptive adder 2.1.1, which transmits the received signal to the input of the bandpass filter block 2.1.2 and then to the input of the analog-to-digital converter 2.1.3, the output of which is fed to the input of the median filter 2.1.4, from the output of the median filter 2.1.4 to the moving average filter 2.1.5, with subsequent transmission to the first input of the adaptive filter 3.2 and to the input of the block for calculating the cross-correlation function and acceptance solutions 3.1 of the secondary signal processing unit 3.

Измерительный гидрофон 1.N из состава ВМАР (максимально близкий к глубине прохода морского объекта) соединен с входом регистрирующего устройства 5.Measuring hydrophone 1.N from the VMAR (as close as possible to the depth of passage of the marine object) is connected to the input of the recording device 5.

Выход каждого соответствующего идентичного опорного гидрофона 1.2…1.К блока приема 1 последовательно соединен с входом соответствующего блока полосовых фильтров 2.2.1...2.К.1, выход которого соединен с входом соответствующего аналогово-цифрового преобразователя 2.2.2...2.К.2, его выход последовательно соединен с соответствующим входом медианного фильтра 2.2.3…2.К.3, выходы соответствующих медианных фильтров последовательно соединены с входом соответствующего фильтра скользящего среднего 2.2.4…2.К.4 . Затем сигнал с выхода каждого фильтра скользящего среднего 2.2.4…2.К.4 поступает на соответствующие входы блока расчета взаимно-корреляционной функции и принятия решения 3.1 блока вторичной обработки сигналов 3.The output of each corresponding identical reference hydrophone 1.2...1.K of the receiving unit 1 is connected in series with the input of the corresponding block of band-pass filters 2.2.1...2.K.1, the output of which is connected to the input of the corresponding analog-to-digital converter 2.2.2... 2.K.2, its output is connected in series with the corresponding input of the median filter 2.2.3 ... 2.K.3, the outputs of the corresponding median filters are connected in series with the input of the corresponding moving average filter 2.2.4 ... 2.K.4. Then the signal from the output of each moving average filter 2.2.4 ... 2.K.4 is fed to the corresponding inputs of the block for calculating the cross-correlation function and making a decision 3.1 of the secondary signal processing block 3.

Выход блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения 3.1. последовательно подключается ко второму входу адаптивного фильтра 3.2, выход адаптивного фильтра 3.2 параллельно соединен с входом амплитудного детектора 4 и затем с входом регистрирующего устройства 5. Выход амплитудного детектора 4 в свою очередь соединен с входом регистрирующего устройства 5.Output of the block for calculating the cross-correlation function and making a decision 3.1. is connected in series to the second input of the adaptive filter 3.2, the output of the adaptive filter 3.2 is connected in parallel to the input of the amplitude detector 4 and then to the input of the recording device 5. The output of the amplitude detector 4, in turn, is connected to the input of the recording device 5.

Осуществление способаImplementation of the method

Для осуществления заявленного способа устройство регистрации проходной характеристики морского объекта в мелководной акватории снабжено общепринятым переносным или стационарным источником питания, расположенным на береговом посту или плавучем носителе. To implement the claimed method, the device for recording the flow characteristics of a marine object in a shallow water area is equipped with a conventional portable or stationary power source located on a shore post or a floating carrier.

В вертикальной многоканальной антенной решетке 1.1 используются идентичные измерительные гидрофоны 1.1.1…1.1.N с возможностью приема акустических сигналов в водной среде, выход каждого из которых параллельно соединен с входом адаптивного сумматора 2.1.1, служащего для расчета максимума целевой функции (суммы сигналов) согласования и изменения фаз акустических сигналов для последующей передачи на вход блока полосовых фильтров 2.1.2 для возможности пропускания передающегося электрического сигнала оптимальной полосы частот и передачи на вход аналогово-цифрового преобразователя 2.1.3 для преобразования сигнала из аналогового в цифровой вид, выход которого соединен с входом медианного фильтра 2.1.4 для исключения импульсной помехи, который в свою очередь соединен с фильтром скользящего среднего 2.1.5, используемого для снижения уровня флуктуаций за счет сглаживания некогерентной помехи, затем соединен с первым входом адаптивного фильтра 3.1. Перед подачей сигнала с измерительного приемного канала производится процедура нормировки и центровки сигналов с целью выравнивания их по уровню.The vertical multichannel antenna array 1.1 uses identical measuring hydrophones 1.1.1...1.1.N with the ability to receive acoustic signals in the aquatic environment, the output of each of which is connected in parallel to the input of the adaptive adder 2.1.1, which is used to calculate the maximum objective function (sum of signals) matching and changing the phases of acoustic signals for subsequent transmission to the input of the bandpass filter block 2.1.2 for the possibility of passing the transmitted electrical signal of the optimal frequency band and transmitting to the input of an analog-to-digital converter 2.1.3 for converting the signal from analog to digital form, the output of which is connected to the input of the median filter 2.1.4 to eliminate impulse noise, which in turn is connected to the moving average filter 2.1.5, used to reduce the level of fluctuations by smoothing incoherent noise, then connected to the first input of the adaptive filter 3.1. Before a signal is sent from the measuring receiving channel, the signal is normalized and centered in order to equalize them in terms of level.

Один из измерительных гидрофонов 1.1.N из состава ВМАР (максимально близкий к глубине прохода морского объекта) соединен с входом регистрирующего устройства 5 для отображения спектральной плотности шумоизлучения (спектрограммы прохода) морского объекта.One of the measuring hydrophones 1.1.N from the composition of the VMAP (as close as possible to the depth of the passage of the marine object) is connected to the input of the recording device 5 to display the spectral density of the noise emission (spectrogram of the passage) of the marine object.

Выход каждого соответствующего идентичного опорного гидрофона 1.2…1.К блока приема 1 последовательно соединен с входом соответствующего блока полосовых фильтров 2.2.1…2.К.1 для возможности пропускания передающегося электрического сигнала оптимальной полосы частот, выход которого в свою очередь соединен с входом аналогово-цифрового преобразователя 2.2.2…2.К.2, выходы которых соединены с входами медианных фильтров 2.2.3…2.К.3, для исключения импульсной помехи, выходы указанных медианных фильтров последовательно соединены с входом соответствующего фильтра скользящего среднего 2.2.4…2.К.4 для снижения уровня флуктуаций за счет сглаживания некогерентной помехи. Затем выход каждого фильтра скользящего среднего 2.2.4…2.К.4, параллельно соединен с соответствующими входами блока расчета взаимно-корреляционной функции и принятия решения 3.1 блока вторичной обработки сигналов 3. Перед подачей сигналов с опорных приемных каналов производится процедура нормировки и центровки сигналов с целью выравнивания их по уровню.The output of each corresponding identical reference hydrophone 1.2…1.K of the receiving unit 1 is connected in series with the input of the corresponding bandpass filter unit 2.2.1…2.K.1 to enable transmission of the transmitted electrical signal of the optimal frequency band, the output of which, in turn, is connected to the analog input -digital converter 2.2.2 ... 2.K.2, the outputs of which are connected to the inputs of the median filters 2.2.3 ... 2.K.3, to eliminate impulse noise, the outputs of these median filters are connected in series with the input of the corresponding moving average filter 2.2.4 …2.K.4 to reduce the level of fluctuations by smoothing out incoherent noise. Then the output of each moving average filter 2.2.4 ... 2.K.4 is connected in parallel with the corresponding inputs of the cross-correlation function calculation and decision block 3.1 of the secondary signal processing block 3. Before the signals are sent from the reference receiving channels, the signal normalization and alignment procedure is performed to level them up.

В блоке расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения 3.1 производится вычисление и определение пары приемных каналов (измерительного и опорного) с максимальным значением коэффициентов корреляции между измерительным каналом и первым опорным приемным каналом, … измерительным каналом и К-м опорным приемным каналом. В зависимости от вычисленного значения соответствующий выход фильтра скользящего среднего опорного приемного канала 2.2.4…2.К.4 последовательно подключается через блок расчета взаимно-корреляционной функции и принятия решения 3.1 ко второму входу адаптивного фильтра 3.2, на выходе адаптивного фильтра 3.2 формируется проходная характеристика морского объекта, которая параллельно подается на вход регистрирующего устройства 5 для отображения временной диаграммы прохода и на вход амплитудного детектора 4, с целью выделения амплитудной модуляции огибающей проходной характеристики морского объекта. Выход амплитудного детектора 4 в свою очередь последовательно соединен с входом регистрирующего устройства 5 для отображения дискретных составляющих, возникших при проходе морского объекта.In the block for calculating the cross-correlation function and making a decision 3.1, a pair of receiving channels (measuring and reference) is calculated and determined with the maximum value of the correlation coefficients between the measuring channel and the first reference receiving channel, ... the measuring channel and the K-th reference receiving channel. Depending on the calculated value, the corresponding output of the moving average filter of the reference receiving channel 2.2.4 ... 2.K.4 is connected in series through the block for calculating the cross-correlation function and making a decision 3.1 to the second input of the adaptive filter 3.2, at the output of the adaptive filter 3.2 a flow characteristic is formed of a marine object, which is simultaneously fed to the input of the recording device 5 to display the time diagram of the passage and to the input of the amplitude detector 4, in order to isolate the amplitude modulation of the envelope of the passage characteristic of the marine object. The output of the amplitude detector 4, in turn, is connected in series with the input of the recording device 5 to display the discrete components that have arisen during the passage of a marine object.

Заявленный способ представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как реализуемое данным способом устройство обеспечивает охрану биологических морских объектов. Заявленное решение не оказывает отрицательного воздействия на экологическое состояние окружающей среды.The claimed method is of considerable interest to the national economy, since the device implemented by this method ensures the protection of biological marine objects. The claimed solution does not adversely affect the ecological state of the environment.

Таким образом, заявленный «Способ регистрации проходной характеристики морского объекта в мелководной акватории» с использованием ВМАР является способом для оценки шумоизлучения морских объектов и для обеспечения поддержания акустического качества морских объектов в условиях мелководных акваторий с высоким уровнем промышленного и естественного фона помех.Thus, the claimed "Method for recording the flow characteristics of a marine object in shallow waters" using VMAP is a method for assessing the noise emission of marine objects and for maintaining the acoustic quality of marine objects in shallow waters with a high level of industrial and natural noise background.

Заявленный способ обладает следующими достоинствами:The claimed method has the following advantages:

- возможность регистрации проходной характеристики морского объекта в условиях интерференционной зоны Френеля;- the possibility of registering the passage characteristics of a marine object in the conditions of the Fresnel interference zone;

- повышение помехоустойчивости средств регистрации проходной характеристики морского объекта за счет повышения уровня сигнала при использовании ВМАР и подавления импульсных, коррелированных и некоррелированных помех;- increasing the noise immunity of the means of registering the passage characteristics of a marine object by increasing the signal level when using VMAR and suppressing impulse, correlated and uncorrelated interference;

- контроль уровня дискретных составляющих ВЛЗР и динамики изменения их частоты.- control of the level of discrete components of the VLZR and the dynamics of their frequency change.

Заявленный способ промышленно применим, так как для его осуществления используются широко распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной техники.The claimed method is industrially applicable, since widely used components and products of the radio engineering industry and computer technology are used for its implementation.

Claims (1)

Способ регистрации проходной характеристики морского объекта в мелководной акватории, заключающийся в том, что сначала производят запись уровня шумоизлучения морского объекта и фоновых помех акватории при помощи приемных устройств, входящих в состав блока приема, с целью регистрации «опорного» и «измерительного» сигналов, после этого выполняют полосовую фильтрацию, аналого-цифровое преобразование, медианную фильтрацию в блоке первичной обработки сигналов, а затем используют в блоке расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения блока вторичной обработки сигналов, где определяют пару приемных каналов с максимальным значением коэффициента взаимной корреляции между измерительным приемным каналом и первым опорным приемным каналом, … измерительным приемным каналом и К-м опорным приемным каналом; затем выбранную пару каналов блока первичной обработки сигналов используют для подачи «измерительного» и «опорного» сигналов на соответствующие входы адаптивного фильтра блока вторичной обработки сигналов, после выполнения адаптивной фильтрации полученный сигнал используют в регистрирующем устройстве для регистрации проходной характеристики морского объекта, а также в амплитудном детекторе для выделения и дальнейшей регистрации дискретных составляющих вально-лопастного звукоряда морского объекта, отличающийся тем, что в качестве приемного устройства блока приема для измерительного канала применяют вертикальную многоканальную антенную решетку (ВМАР), состоящую из N измерительных гидрофонов, сигналы с которых параллельно поступают на дополнительно введенный адаптивный сумматор, служащий для расчета максимума целевой функции (суммы сигналов), согласования и изменения фаз акустических сигналов ВМАР, а также после медианной фильтрации в блоке первичной обработки сигналов выполняют усредняющую фильтрацию «измерительного» и «опорных» сигналов посредством дополнительно введенных фильтров скользящего среднего.A method for recording the flow characteristics of a marine object in a shallow water area, which consists in first recording the level of noise emission of the marine object and background noise of the water area using receivers that are part of the receiving unit, in order to register the "reference" and "measuring" signals, after this, bandpass filtering, analog-to-digital conversion, median filtering are performed in the primary signal processing block, and then used in the cross-correlation function calculation and decision block of the secondary signal processing block, where a pair of receiving channels with the maximum value of the cross-correlation coefficient between the measuring receiving channel is determined and the first reference receiving channel, ... the measuring receiving channel and the K-th reference receiving channel; then the selected pair of channels of the primary signal processing unit is used to supply "measuring" and "reference" signals to the corresponding inputs of the adaptive filter of the secondary signal processing unit, after adaptive filtering is performed, the received signal is used in the recording device to register the flow characteristics of the marine object, as well as in the amplitude detector for isolating and further recording the discrete components of the shaft-bladed sound range of a marine object, characterized in that a vertical multichannel antenna array (VMAR) is used as a receiving device of the receiving unit for the measuring channel, consisting of N measuring hydrophones, the signals from which are sent in parallel to an additional the introduced adaptive adder, which is used to calculate the maximum objective function (sum of signals), match and change the phases of acoustic signals VMAP, and after median filtering in the block of primary signal processing, averaging th filtering of "measuring" and "reference" signals by means of additionally introduced moving average filters.
RU2022109167A 2022-04-06 Method for registering the flow characteristics of a marine object in shallow waters RU2786039C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786039C1 true RU2786039C1 (en) 2022-12-16

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2572052C2 (en) * 2014-05-12 2015-12-27 Степан Анатольевич Шпак Method of detecting low-noise marine object
RU2616357C1 (en) * 2016-03-01 2017-04-14 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) Method for recording low noise marine object by using median filtering
RU2659186C1 (en) * 2017-05-29 2018-06-28 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) Marine object noise emission level recording method
RU2694782C1 (en) * 2018-06-22 2019-07-16 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of detecting noisy objects in sea

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2572052C2 (en) * 2014-05-12 2015-12-27 Степан Анатольевич Шпак Method of detecting low-noise marine object
RU2616357C1 (en) * 2016-03-01 2017-04-14 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) Method for recording low noise marine object by using median filtering
RU2659186C1 (en) * 2017-05-29 2018-06-28 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) Marine object noise emission level recording method
RU2694782C1 (en) * 2018-06-22 2019-07-16 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of detecting noisy objects in sea

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Haru Matsumoto, D. R. Bohnenstiehl, A vertical hydrophone array coupled via inductive modem for detecting deep-ocean seismic and volcanic sources, Conference Paper, Conference: OCEANS 2010, October 2010, Source: IEEE Xplore. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sabra et al. Using ocean ambient noise for array self-localization and self-synchronization
US7330399B2 (en) Sonar system and process
CA2625683A1 (en) Sonar system and method providing low probability of impact on marine mammals
CN101876715A (en) Method for suppressing noises from towing ships by using towed acoustic array
Ma et al. Underwater broadband source detection using an acoustic vector sensor with an adaptive passive matched filter
Khodabandeloo et al. Nonlinear crosstalk in broadband multi-channel echosounders
RU2659186C1 (en) Marine object noise emission level recording method
RU2786039C1 (en) Method for registering the flow characteristics of a marine object in shallow waters
WO1999053565A2 (en) System for canceling interferers from broadband active sonar signals using adaptive beamforming methods
CN116879901B (en) Vector hydrophone vertical array deep sea broadband sound source depth estimation method
RU2460088C1 (en) Method of detecting local object on background of distributed interference
UA30234U (en) System for near-in hydroacoustic continuous monitoring underwater situation of offshore zone marginal waters
RU2616357C1 (en) Method for recording low noise marine object by using median filtering
Zetterberg et al. Comparison between whitened generalized cross correlation and adaptive filter for time delay estimation with scattered arrays for passive positioning of moving targets in Baltic Sea shallow waters
Das et al. Analysis of effective signal design for active sensing of undersea objects/bottoms in tropical shallow waters
RU2809016C1 (en) Method for adaptive detection of sea noise object
RU2774731C1 (en) Method for registration of the passage characteristics of a marine object
Ohkawa et al. Acoustic backscattering from a sandy seabed
Kirsteins et al. Suppressing reverberation by multipath separation for improved buried object detection
Ye et al. Matched Mode Processing with Phase-Difference Weighting for Underwater Acoustic Source Localization
RU2561010C1 (en) Method for adaptive processing of noise emission signal
Beaujean et al. Measurement of the Doppler shift in forward-scattered waves caused by moderate sea surface motion in shallow waters
Kan et al. Acoustic backscattering measurement from sandy seafloor at 6–24 kHz in the South Yellow Sea
Zhang Research on the directional interferences canceling
Chapman et al. Inversion of geoacoustic model parameters using ship radiated noise