RU2788476C1 - Способ определения координат источников излучения пассивным гидролокатором - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, конкретно - к пассивной гидролокации, а также может быть использовано в атмосферной акустике и пассивной радиолокации. Сущность: в способе пассивного определения координат источников излучения, содержащем прием сигнала широко-апертурной приемной системой из М разнесенных антенн (М≥3) в зоне Френеля, предварительную обработку, задание поля индикации с границами «α_min, α_max; D_min, D_max», и с координатной сеткой «направление α - дальность D»:: α_р, D_q (р=1, …Р, g=1, …Q), с границами поля наблюдения «α_min<α_p<α_max; D_min≤D_q≤D_max» и Р×Q-канальную меж-антенную обработку, с координатной сеткой и линейными шкалами α (градус) и D (метр), введены новые признаки: для каждой pq-й ячейки индикаторной таблицы определяют виртуальную точку фокусировки приемной системы R_pq с координатами <α_р, r_q>, совпадающую по направлению с α_р и отличающуюся по дальности: r_q≠D_q, но связана с D_q нелинейной зависимостью, приемную систему фокусируют в точку R_pq, формируют индикаторную таблицу, для чего в каждой pq-й ячейке определяют значения взаимной корреляции C_mn(τ_mnR(pq)) всех пар антенн и считывают значений измеренных ПВКФ Cmn(τ) в точках τ=τ_mnR(pq), заполняя этими значениями ячейки индикаторной таблицы путем суммирования по индексу mn удвоенных значений C_mn(τ_mnR(pq)) и выходных значений квадратичного детектирования сигналов с выходов антенн и, полученную таким образом индикаторную таблицу выводят на индикатор с координатной сеткой и шкалами а координаты источников излучения определяют по положению главных максимумов их сигнальных отметок на шкалах координатной сетки. Технический результат: увеличение точности определения дальности при наличии нескольких источников и эффективности работы наблюдателя путем увеличения разрешающей способности сигнальных отметок источников излучения на индикаторной картине пассивного гидролокатора, ее постоянства и симметрии главного максимума во всем заданном интервале дальностей в ближней зоне поля источника излучения (зоне Френеля), без изменения формы сечения сигнальной отметки по направлению и без уменьшения се уровня. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к области гидроакустики, конкретно - к пассивной гидролокации (ПГЛ), а также может быть использовано в атмосферной акустике и пассивной радиолокации.

При пассивной локации одного или нескольких источников гидроакустического излучения в ближней зоне поля источника (зоне Френеля) используют протяженные (широкоапертурные) приемные системы (ПС) из М (М≥3) гидроакустических приемников или разнесенных направленных локальных антенн (далее просто «антенны ПС») и средства предварительной и межантенной пространственно-временной обработки информации с двухкоординатными индикаторами обзора и координатной сеткой <направление/дальность> в поле наблюдения с заданным сектором направлений α и интервалом дальностей D ([1] - Гампер Л.Е. Оптимальная пространственно-временная обработка в системах пассивной гидролокации с разнесенными антеннами // Научно-техн. сб. Гидроакустика. Вып. 10, СПб, 2009. С. 49-60.). Межантенная пространственно-временная обработка обеспечивает наблюдение «полезного» сигнала каждого источника излучения на индикаторе ПГЛ в виде «сигнальной отметки» (СО), обусловленной «откликом» приемной системы на его сигнал на фоне выбросов помехи. Отклик содержит «главный» максимум и «боковые» лепестки, приблизительно в (М² - М)/2 раз меньшие главного), где М - число приемников или локальных антенн ПС. Главный максимум и боковые лепестки отклика образуют определенную устойчивую фигуру на индикаторе, идентифицируемую наблюдателем как сигнальная отметка интересующего его источника излучения.

При наличии нескольких источников излучения в поле наблюдения, необходимо обеспечить пространственное разрешение сигналов источников. Достаточное разрешение по направлению α в пассивной гидролокации обычно обеспечивается большим волновым размером измерительной базы В_ПС/λ_ср, где В_ПС - базовый размер приемной системы, λ_ср - длина волны принимаемого сигнала на средней частоте его спектра, но основным назначением пассивной гидролокации в ближней зоне является способность разрешения множественных источников по дальности D и определение их координат - направления и дальности <α_s, D_s>. При этом сложность разрешения по дальности заключается в том, что главный максимум и боковые лепестки отклика приемной системы z_max(α, D) при оптимальной схеме обработки [1] с использованием фокусировки ПС в точку предполагаемого расположения источника <α_s, D_s> в зоне Френеля обладают свойством асимметричного расширения в дальностном сечении z(D, α_s=const) при увеличении измеряемого параметра D, приблизительно пропорционально D [1], ухудшая и даже делая невозможным разрешение источников по дальности на больших расстояниях (D_s>>В_ПС), что особенно нежелательно в случаях отсутствия разрешения по направлению (когда источники «в створе») и, кроме того, эргономически затрудняет работу наблюдателя, снижая ее эффективность из-за неодинаковой формы сигнальной отметки и выбросов помехи по оси D в разных по дальности частях индикаторной картины. Это свойство асимметричного расширения дальностного сечения отклика приемной системы является объективной, неизбежной особенностью пространственной избирательности приемной системы в ближней зоне при ее фокусировке в точку предполагаемого расположения источника излучения.

Для преодоления нежелательной формы объектов графиков и диаграмм общеизвестны методы изменения его графического изображения на индикаторной картине с какой-либо заданной целью по принципу «кривого зеркала»: путем изменения линейного масштаба изображения по той или иной оси графика по заданному нелинейному правилу. В частности, общеизвестным примером этого метода является использование логарифмической или какой-либо другой шкалы, когда график z(x) с линейной шкалой х заменяют графиком

при этом значения графика распределяются на шкале нелинейно и не эквидистантно, что в некоторых случаях также неудобно наблюдателю. Во многих случаях это позволяет обеспечить симметрию и постоянство объекта графики, но не может улучшить разрешение объектов, т.к. информационное поле картины при этом не меняется, а лишь графически деформируется.

Известны также методы определения координат движущегося источника излучения путем динамической обработки последовательности измерения направления на него [Кузьмин С.З. Цифровая обработка радиолокационной информации. М.: Сов. Радио, 1967]. В них часто используется прием оценки не самого искомого параметра D, а параметра R=D^-1, что позволяет упростить решение задачи с меньшими вычислительными ресурсами. Недостатки этих методов: использование только измерений направления, большое время решения задачи, необходимость гипотезы о характере траектории источника и др.

Наиболее близким аналогом по количеству общих признаков к предлагаемому изобретению является «Способ пассивного определения координат источников излучения» [патент РФ №2507531, кл. МПК G01S 3/80. Рег. 20.02.2014 г.]. Способ содержит: прием сигнала широко-апертурной приемной системой из М разнесенных антенн (М≥3) в зоне Френеля, предварительную обработку, включающую: преобразование акустических сигналов в электрические, усиление, предварительную фильтрацию, дискретизацию и преобразование в частотную область, ориентацию характеристик направленности антенн (ХН) в направлении ожидаемого расположения источника излучения общеизвестными методами дальнего поля. В заданном поле индикации - секторе углов и интервале дальностей с границами: «α_min, α_max; D_min, D_max» организуют координатную сетку (КС) «направление α - дальность D»: α_р, D_q (р=1, …Р, q=1, …Q), с заданными границами поля наблюдения α_min≤α_р≤α_max; D_min≤D_q≤D_max» и интервалами дискретности линейных шкал координатной сетки по направлению δ_α и дальности δ_D. Для каждого pq-го узла координатной сетки вычисляют попарные разности τ_mn(pq) времен распространения сигнала t_m(pq) и t_n(pq) от источника с потенциально-ожидаемыми координатами α_р, D_q, к центрам антенн m и n из точки поля наблюдения N_pq с координатами pq-го узла координатной сетки α_р, D_q. Последующие операции с выходными сигналами антенн до индикации удобно назвать P×Q-канальной межантенной (МА) обработкой, где каждый pq-й канал получает сигналы с сумматоров М антенн и в результате пространственно-временной обработки (ПВО) выдает свое значение z_pq в pq-ю ячейку индикаторной таблицы. Для этого выполняют квадратичное детектирование выходных сигналов сумматоров каждой m-й антенны путем вычисления их квадрата модуля и измеряют попарные взаимно-корреляционные функции (ПВКФ) C_mn(τ) сигналов, поступающих с сумматоров каждой m-й антенны с сигналом каждой другой n-й антенны ПС путем перемножения комплексных сигналов m-й и n-й антенн, предварительного накопления и обратного преобразования Фурье. Полученную таким образом C_mn(τ) используют в каждом pq-м канале МА ПВО для измерения значений взаимной корреляции каждой mn-й пары антенн в точке τ=-τ_mn(pq), где τ_mn(pq)=t_m(pq)-t_n(pq), путем считывания значения C_mn(τ=τ_mn(pq)), таким образом компенсируя разность времен прихода сигнала к m-й и n-й антеннам из pq-й точки предполагаемого расположения источника излучения. В каждой pq-й ячейке индикаторной таблицы полученные значения взаимной корреляции пар антенн суммируют по индексу mn, удваивают и суммируют со значениями квадратичного детектирования. Полученную в результате индикаторную таблицу z_pq - значений отклика приемной системы на сигнал источника излучения, накапливают в заданном времени Т_н и выводят на координатную сетку индикатора, на которой отображаются «полезные» сигналы источников излучения S, в виде их сигнальных отметок и фоновое поле помехи. Координаты источников излучения определяют по положению главных максимумов их сигнальных отметок на координатных шкалах сетки α_р, D_q (α_р=рδ_α, D_q=qδ_D).

Преимущество этого способа в том, что он обеспечивает пассивное оптимальное (на основе метода максимального отношения правдоподобия [1]) определение координат источников гидроакустического излучения без собственного излучения.

Недостатками этого способа являются следующие:

- на двухкоординатном индикаторе главный максимум сигнальной отметки, а также ее боковые лепестки, имеют существенно асимметричную форму в сечении по дальности, причем эта асимметрия при малых дальностях невелика, но на больших дальностях быстро увеличивается с одновременным увеличением ширины дальностного сечения лепестка, что эргономически затрудняет работу наблюдателя, а также автоматическую обработку изображений по определению максимального значения отклика и оценки дальности;

- увеличение ширины дальностного сечения сигнальной отметки приводит к невозможности разрешения множественных источников излучения по дальности на больших расстояниях (D_s>>В_ПС), что особенно важно в ситуациях, когда ограничено или отсутствует разрешение источников излучения по направлению α;

- наряду с увеличением ширины дальностного сечения сигнальной отметки, увеличивается также ширина выбросов помехи в верхней части индикаторной картины, что эргономически затрудняет работу наблюдателя из-за неодинаковой формы сигнальной отметки и выбросов помехи в разных частях индикаторной картины (ближние и дальние дистанции) и снижает эффективность работы оператора с источниками, расположенными на больших дальностях.

Задачей изобретения является определение координат источников с большей точностью и разрешением по дальности, повышение эффективности работы оператора - наблюдателя.

Техническим результатом изобретения является увеличение точности определения дальности при наличии нескольких источников и эффективности работы наблюдателя путем увеличения способности разрешения сигнальных отметок источников излучения на индикаторной картине пассивного гидролокатора, на основе инвариантности к дальности и симметрии формы главного максимума отклика приемной системы во всем заданном интервале в ближней зоне поля источника излучения (зоне Френеля), без изменения формы сечения сигнальной отметки по направлению и без уменьшения ее максимального уровня. Это относится и к выбросам помехи, форма которых также становятся инвариантной к дальности, создавая изотропное фоновое поле, на котором оператору легче идентифицировать сигнальные отметки, используя специфическую, не изотропную структуру формы отклика.

Для обеспечения указанного технического результата в способ пассивного определения координат источников излучения, содержащий прием сигнала широко-апертурной приемной системой из М разнесенных антенн (М≥3) в зоне Френеля, предварительную обработку, включающую: преобразование акустических сигналов в электрические, усиление, предварительную фильтрацию, дискретизацию и преобразование в частотную область, ориентацию характеристик направленности антенн в направлении ожидаемого расположения источника излучения общеизвестными методами дальнего поля, задание поля индикации с границами «α_min, α_max; D_min, D_max», организацию, координатной сетки «направление α - дальность D»:: α_р, D_q (p=1, …Р, q=1, …Q), с границами поля наблюдения «α_min≤α_р≤a_max; D_min≤D_q≤D_max» и интервалами дискретности линейных шкал координатной сетки по направлению δ_α и дальности δ_D и P×Q-канальную меж-антенную обработку, включающую: квадратичное детектирование выходных сигналов каждой антенны, измерение попарных взаимно-корреляционных функций (ПВКФ) C_mn(τ) каждой m-й антенны с другой, n-й антенной и формирование индикаторной таблицы с P×Q ячейками, которую выводят на индикатор с координатной сеткой и линейными шкалами α (градус) и D (метр), а координаты источников излучения определяют по положению главного максимума индикаторных значений сигнальных отметок на соответствующих шкалах координатной сетки, введены новые признаки: для каждой pq-й ячейки индикаторной таблицы определяют виртуальную точку фокусировки приемной системы R_pq с координатами <α_р, r_q>, совпадающую по направлению с α_р и отличающуюся по дальности: r_q≠D_q, но связана с D_q нелинейной зависимостью. Приемную систему фокусируют в точку R_pq, для чего вычисляют разность времен распространения сигнала z_mnR(pq)=t_mpqR-t_npqR из pq-й виртуальной точки R_pq к центрам каждой пары антенн O_m, O_n по формулам тригонометрии, используя скорость звука в среде с. При формировании индикаторной таблицы для каждой pq-й ячейки определяют значения взаимной корреляции C_mn(τ_mnR(pq)) всех пар антенн путем считывания значений измеренных ПВКФ C_mn(τ) в точках τ=τ_mnR(pq), и заполняют этими значениями ячейки индикаторной таблицы, путем суммирования по индексу mn удвоенных значений C_mn(τ_mnR(pq)) и выходных значений квадратичного детектирования сигналов с выходов антенн. Полученную таким образом индикаторную таблицу выводят на индикатор с координатной сеткой и шкалами, а координаты источников излучения определяют по положению главных максимумов их сигнальных отметок на шкалах координатной сетки α_р, D_q.

Нелинейная зависимость дальности r_q до виртуальной точки фокусировки R_pq от дальности pq-го узла D_q определяется как r_q=γ⋅D_q ^-1, где γ - масштабный коэффициент, определяемый из равенства r_q=γ_м⋅D_q ^-1, при r_q=D_q.

Время задержки сигнала t_mpqR=l_mpqR/c каждой из М антенн для фокусировки приемной системы в pq-ю виртуальную точку R_pq, где l_mpqR определяют по формулам тригонометрии как сторону R_pqO_m=l_mpqR треугольника R_pqOO_m, где О - начало координат - центр приемной системы, O_m - центр m-й локальной антенны.

Заявленный технический результат достигается благодаря тому, что в соответствии с рассматриваемым предложением удалось преобразовать форму отклика ПС на сигнал излучателя таким образом, что его главный максимум и боковые лепестки приблизительно симметричны в дальностном сечении во всем заданном интервале дальностей в ближней зоне, а их ширина (например, на уровне 0.7) соответствует близким дальностям, оставаясь постоянной во всем заданном интервале (инвариантна к дальности), при этом положение вершины главного максимума отклика на индикаторной картине соответствует значению истинной дальности до источника излучения D_s на основной, линейной метрической шкале дальностей. Новизна здесь заключается в использовании свойства обратной зависимости компенсируемых отрезков траекторий луча l_mR от фактической дальности до источника D_s, в чем можно убедиться на примере приближенно-обратной (при больших отношениях R/d) зависимости высоты h сегмента дуги окружности радиуса R от величины этого радиуса, где d - хорда, стягивающая дугу. Таким образом, благодаря взаимодействию двух нелинейных зависимостей от дальности: l_mR(D) и r(D) получается, что отклик приемной системы формируется в геометрии <ПС/r>, в непосредственной близости от приемной системы (конкретно, при r_q=D_q), но эта форма сосредоточена на шкале дальностей так, что ее главный максимум всегда расположен в точке, соответствующей фактической дальности D_s.

Введение новых признаков позволяет повысить разрешающую способность, точность определения координат источника излучения и, что особенно важно - на больших расстояниях, максимальных в ближней зоне, в том числе в отсутствии разрешения по направлению α, а также повысить эффективность работы наблюдателя при слежении за источниками излучения. Введение новых признаков не изменяет формы отклика в угловых сечениях и не приводит к уменьшению величины главного максимума отклика ПС, который остается на уровне оптимального метода обработки в прототипе, как это заявлено в задаче и в технических результатах изобретения.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется фиг. 1-6.

Фиг. 1 - Геометрическая схема системы «антенны - источник» на примере ПС из 3-х антенн.

Фиг. 2 - Пример блок-схемы устройства, реализующего предлагаемый способ на основе М-антенной ПС.

Фиг. 3 - Численный пример диаграммы расчетного отклика ПС на сигнал источника излучения (без помехи) - а и графика ее дальностного сечения, проходящего через главный максимум сигнальной отметки - б, при использовании способа - прототипа (слева) и предлагаемого способа (справа), при дальности до источника излучения D_s=3.0 км, α_s=5.0°.

Фиг. 4 - Графики формы вершины (в их окрестности) сечений по дальности главных максимумов откликов ПС при расстояниях до источника D_s=1.0, 3.0, 5.0, 10.0, 15 км, α_s=5.0°, на относительной шкале <D - D_s> для способа-прототипа (левый график) и предлагаемого способа (правый график).

Фиг. 5 - Пример разрешения сигналов двух источников в области предельных дальностей метода пассивной гидролокации - вблизи дальней теоретической (при заданных параметрах ПС) границы зоны Френеля.

Фиг. 6 - Графики сечений отклика ПС по направлению на сигнал источника излучения с использованием способа-прототипа (левый график) и предлагаемого способа (правый график) - они идентичны.

Сущность предлагаемого способа можно пояснить на примере геометрической схемы «антенны - источник», изображенной на фиг. 1, где: А₁, А₂, А₃ - антенны приемной системы (ПС) в прямоугольной системе координат хОу, О₁, О₂=О, О₃ - центры антенн ПС; C₁ (α_min, D_min), С₂ (α_min, D_max), С₃ (α_max, D_max), С₄ (α_max, D_min) - границы поля наблюдения в полярной системе координат хОуα, угол α отсчитывается от оси у; S - источник излучения акустической энергии с координатами (α_S, D_S), D_S равно отрезку SO, N_pq - точка в пространстве, соответствующая pq-му узлу координатной сетки с координатами α_р, D_q; R_pq - виртуальная точка фокусировки ПС pq-го узла с координатами α_р, r_q. В способе-прототипе фокусировка ПС выполняется непосредственно в точки ожидаемого расположения источника α_р, D_q, последовательно перебирая р и q. Когда в результате этого перебора окажутся α_р=α_s и D_q=D_s все значения попарных ВКФ становятся максимальными и равными 1.0, что в сумме обеспечивает максимальное значение главного максимума сигнальной отметки, равное 3.0. В предлагаемом способе фокусировка ПС в каждом pq-м узле выполняется в виртуальную точку R_pq (путем компенсации разностей времен прихода сигнала к парам антенн из этой точки), в которой благодаря взаимодействию двух нелинейных зависимостей от дальности: l_mR(D) и r(D) получается, что отклик приемной системы формируется в геометрии <ПС/r>, в непосредственной близости от приемной системы (r(D)<<D), но эта форма сосредоточена на шкале дальностей так, что ее главный максимум расположен в точке, соответствующей фактической дальности D_s.

Вариант реализации предполагаемого изобретения можно пояснить на примере блок-схемы устройства, показанной на фиг. 2. Блок-схема фиг. 2 включает: блок 1 - приемная система («ПС и ПО») из М разнесенных антенн с модулями предварительной обработки (1.1 ÷ 1.М), блок 2 - межантенная пространственно-временная обработка выходных сигналов антенн с модулями 2.1 - «Компенсация, детектирование» и 2.2 - «Суммирование, накопление» и блок 3 - «Управление и индикация», содержащий 3.1 - «вычислительно-контроллерный модуль» и 3.2 пульт управления.

Предложенный способ может быть реализован следующим образом: приемники антенн ПС получают акустический сигнал источника излучения в смеси с шумами моря, преобразуют их в электрические сигналы и подвергают предварительной обработке в модулях ПО 1.1 - 1.М: усиление, предварительную фильтрацию, дискретизацию, преобразование сигналов в частотную область, ориентацию характеристик направленности «и гена в предполагаемом направлении на источник. Эта ориентация обеспечивает прием сигналов источника излучения антеннами ПС на достаточно высоком уровне их характеристик направленности (ХН), например 0.9 во всем заданном оператором с пульта управления (блок 3) секторе наблюдения <α_min, α_max>. Если ХН антенн узкая по сравнению с заданным сектором наблюдения и не перекрывает его на заданном уровне, то обычно используют веер направленных каналов с заданным перекрытием (0.8, 0.9, 0.98 и пр.). Из блока 1 в блок 2, в модуль 2.1, поступают М выходных сигналов сумматоров антенн в виде текущей во времени последовательности комплексных массивов сигнала, сформированного в частотной области, в темпе циклов БПФ. В блоке 2 (модуль 2.1 «Компенсация, детектирование») на каждом цикле БПФ с каждым массивом для каждого pq-го узла координатной сетки выполняется P×Q-канальная межантенная пространственно-временная обработка М-векторного сигнала, включающая: квадратичное детектирование выходных сигналов антенн, определение попарных взаимно-корреляционных функций каждой m-й и n-й антенн C_mn(τ), определение для каждого pq-го узла координатной сетки значений взаимной корреляции всех пар антенн путем считывания значений C_mn(τ) в точках τ=τ_mnR(pq), где τ_mnR(pq) поступают из блока 3 (вычислительно-контроллерный модуль 3.1), тем самым компенсируя разность времен прихода сигнала к m-й и n-й антеннам. В модуле 2.2 «Суммирование» выполняется заполнение индикаторной таблицы путем суммирования по индексу mn в каждой pq-й ячейке удвоенных значений C_mn(τ_mnR(pq)) и значений квадратичного детектирования сигналов с выходов антенн. В модуле 2.2 «Накопление» выполняют временное накопление значений во всех P×Q ячейках индикаторной таблицы по последовательным циклам БПФ, обеспечивающих заданное наблюдателем на пульте управления 3.2 время накопления Т_н. В модуле «Пульт управления и индикации» находятся органы управления гидролокатором и индикатор поля наблюдения. Наблюдатель задает отсюда границы поля наблюдения «α_min, α_max; D_min, D_max», интервалы дискретности координатной сетки δ_α, δ_D и параметры визира и шкал считывания направления и дальности, задаст время накопления, осуществляет управление и контроль за модулями предварительной и межантенной обработки, наблюдает по индикатору за появлением и перемещением источников излучения и с использованием визира считывает на шкалах их координаты.

Результаты использования предлагаемого способа и его преимущества по сравнению с прототипом можно показать на численном примере сравнительного расчета отклика приемной системы из трех антенн (без помехи) по способу-прототипу и по предлагаемому способу. Для примера выбрана приемная система из трех линейно расположенных антенн А₁, А₂, А₃, в соответствии с геометрической схемой, приведенной на рисунке фиг. 1. Базовое расстояние ПС - между центрами антенн A₁ и А₃ принято В_ПС=50 м. Средняя частота сигнала ƒ_ср=5 кГц, полоса приема 4 кГц. Для простоты и наглядности принято, что уровни сигнала всех источников в точке приема (на выходе сумматоров антенн) везде одинаков и равен 1, а спектр сигнала - прямоугольный. С этими параметрами выполнены численные расчеты отклика приемной системы при наблюдении сигнала источника излучения на расстояниях от 1.0 до 16 км при геометрической схеме, соответствующей фиг. 1 и обработке сигналов в соответствии с описаниями прототипа и приведенным выше описанием предлагаемого способа. Отметим для ориентировки, что теоретическая (условная) дальняя граница зоны Френеля при указанных выше параметрах численного примера равна 2В² _ПС/λ=16.7 км.

Результаты расчетов приведены на рисунках фиг. 3 6. Направление на источник излучения S от центра ПС - точки О во всех случаях α_s=5°. На фиг. 3 показан типичный отклик по способу прототипа (слева) и предлагаемым способом (справа). Дальность на фиг. 3 равна D_s3=3.0 км. На рисунках фиг. 3 изображены: а - объемная диаграмма отклика ПС на горизонтальной плоскости <х (направление α), у (дальность D)>, в аксонометрической форме, в прямоугольной системе координат; б - дальностное сечение отклика, проходящие через его главный максимум. На графиках 3б, пунктирной линией показано положение максимума сигнальной отметки на шкале дальности.

- главный максимум отклика ПС,

- боковые лепестки отклика,

- фоновое поле боковых лепестков. На диаграммах фиг. 3а и б - слева (прототип) видно, как главный максимум отклика асимметричен в дальностном сечении. В то же время, на диаграммах 6 справа (предлагаемый способ) видно, что как главный максимум

, так и боковые

остаются практически симметричными.

На фиг. 4 приведены графики дальностного сечения главных максимумов и его окрестностей на относительной шкале (D-D_s), в интервале (-3÷3.5) км для фактических дальностей до источника I), 1.0, 3.0, 5.0. 10.0, 15.0 км, при способе-прототипе (левый график) и предлагаемом способе (правый график). На этих графиках видно, что при способе-прототипе только при D_s=1.0 км главный максимум отклика имеет какую-то симметрию в районе вершины, а при остальных дальностях не имеет и быстро расширяется с увеличением D_s, в то время как при предлагаемом способе, во всем представленном интервале D_s он имеет практически неизменную форму и ширину. Следует отметить, что при заданных параметрах численного примера (В_ПС=50 м, ƒ_ср=5 кГц) теоретическая (условная) дальняя граница ближней зоны (Френеля) равна 16.7 км, за пределами которой, сам метод пассивной гидролокации может быть не актуален.

На диаграмме и графике фиг. 5 показана способность предлагаемого способа к высокому разрешению источников излучения по дальности (при отсутствии разрешения по направлению: т.е. «в створе») на предельных для использования метода кривизны волнового фронта расстояниях, т.е. у границы ближней зоны. На фиг. 5:

и

главные максимумы сигнальных отметок источников излучения с расстояний: 15 и 16 км, соответственно.

и

- боковые лепестки отклика ПС и их фоновое поле, соответственно.

Как показано на графиках фиг. 6, предлагаемый способ не меняет форму сигнальной отметки в угловом сечении и не изменяет уровень выходного сигнала, оставляя их таким же, как в прототипе, при всех значениях дальности D_s до источника излучения в ближней зоне, что соответствует поставленной задаче и техническим результатам предлагаемого изобретения.

Claims (3)

1. Способ пассивного определения координат источников излучения пассивным гидролокатором, содержащий прием сигнала широко-апертурной приемной системой из М разнесенных антенн (М≥3) в зоне Френеля, предварительную обработку, включающую: преобразование акустических сигналов в электрические, усиление, предварительную фильтрацию, дискретизацию и преобразование в частотную область, ориентацию характеристик направленности антенн в направлении ожидаемого расположения источника излучения, задание поля индикации с границами «α_min, α_max; D_min, D_max», и с координатной сеткой «направление α - дальность D»:: α_р, D_q (р=1, …Р, q=1, …Q), с границами поля наблюдения «α_min≤α_p≤α_max; D_min≤D_q≤D_max» и интервалами дискретности линейных шкал координатной сетки по направлению δ_α и дальности δ_D и Р×Q-канальную межантенную обработку, включающую: квадратичное детектирование выходных сигналов каждой антенны, измерение попарных взаимно-корреляционных функций (ПВКФ) C_min(τ) каждой m-й антенны с другой, n-й антенной и формирование индикаторной таблицы с P×Q ячейками, которую выводят на индикатор с координатной сеткой и линейными шкалами α (градус) и D (метр), а координаты источников излучения определяют по положению главного максимума индикаторных значений сигнальных отметок на соответствующих шкалах координатной сетки, введены новые признаки: для каждой pq-й ячейки индикаторной таблицы определяют виртуальную точку фокусировки приемной системы R_pq с координатами <α_р, r_q>, совпадающую по направлению с α_р и отличающуюся по дальности: r≠D_q, но связана с D_q нелинейной зависимостью, приемную систему фокусируют в точку R_pq, для чего вычисляют разность времен распространения сигнала τ_mnR(pq)=t_mpqR-t_npqR из pq-й виртуальной точки R_pq к центрам каждой пары антенн O_m, O_n по формулам тригонометрии, используя скорость звука в среде с, формируют индикаторную таблицу, для чего в каждой pq-й ячейке определяют значения взаимной корреляции C_mn(τ_mnR(pq)) всех пар антенн путем считывания значений измеренных ПВКФ C_mn(τ) в точках τ=τ_mnR(pq), и заполняют этими значениями ячейки индикаторной таблицы путем суммирования по индексу mn удвоенных значений C_mn(τ_mnR(pq)) и выходных значений квадратичного детектирования сигналов с выходов антенн и, полученную таким образом индикаторную таблицу выводят на индикатор с координатной сеткой и шкалами а координаты источников излучения определяют по положению главных максимумов их сигнальных отметок на шкалах координатной сетки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нелинейная зависимость дальности r_q до виртуальной точки фокусировки R_pq от дальности pq-го узла D_q определяется как r_q=γ⋅D_q ^-1, где γ - масштабный коэффициент, определяемый из равенства r_q=γ_м⋅D_q ^-1, при r_q=D_q.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время задержки сигнала t_mpqR=l_mpqR/c каждой из М антенн для фокусировки приемной системы в pq-ю виртуальную точку R_pq, где l_mpqR определяют по формулам тригонометрии как сторону R_pqO_m=l_mpqR треугольника R_pqOO_m, где О - начало координат - центр приемной системы, O_m - центр m-й антенны.

Images