RU2794716C1 - Способ обнаружения шумящих объектов в мелком море в инфразвуковом диапазоне частот - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в системах обнаружения шумящих объектов в инфразвуковом диапазоне частот. Сущность: способ включает приём шумового сигнала комбинированным приёмником, содержащим приёмник звукового давления и трёхкомпонентный приёмник вектора градиента давления, частотно–временную обработку принятого сигнала, вычисление в каждом частотном канале, сформированном в результате частотно-временной обработки принятых шумовых сигналов, комплексных амплитуд звукового давления, трёх компонент вектора градиента давления, трёх компонент вектора колебательной скорости, трёх компонент вектора интенсивности в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, для суммарного процесса сигнал плюс помеха и для помехи отдельно, формирование в каждом частотном канале 8-канального статического веера характеристик направленности в горизонтальной плоскости, формирование в каждом частотном канале 2-канального статического веера характеристик направленности в вертикальной плоскости, вычисление для суммарного процесса сигнал плюс помеха и для помехи отдельно 20 компонент, вещественных и мнимых, вектора интенсивности в 10 пространственных каналах, вычисление шести квадратичных компонент для вектора градиента давления, пяти компонент для ротора вектора интенсивности и для квадрата звукового давления, 16 информативных параметров для горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, центрирование и нормирование всех 48 информативных параметров, вычисленных для суммарного процесса сигнал плюс помеха, на соответствующие информативные параметры, вычисленные для помехи, после чего вычисляют максимальное отношение сигнал/помеха для одного из 48 информативных параметров, и принятие решения об обнаружении путём сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного для одного из 48 информативных параметров. Технический результат: повышение помехоустойчивости и дальности действия приёмной системы на инфразвуковых частотах в условиях мелкого моря путём использования приёмной системы, которая обладает направленностью в условиях мелкого моря на любых сколь угодно низких частотах. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в системах обнаружения шумящих объектов в инфразвуковом диапазоне частот.

Известен способ обнаружения шумящих в море объектов в фиксированном частотном диапазоне (патент РФ № 2298203, МПК G01S3/80, G01S15/04, опубликован 27.04.2007г.), включающий приём шумового сигнала звукового давления в горизонтальной плоскости, при котором осуществляют частотно-временную обработку принятых шумовых сигналов звукового давления для каждого пространственного канала наблюдения в горизонтальной плоскости, квадрируют, усредняют по времени, центрируют и нормируют шумовые сигналы звукового давления к помехе, осуществляют накопление на последовательных циклах обзора принятых нормированных шумовых сигналов звукового давления и принимают решение об обнаружении путём сравнения с пороговым значением отношения сигнал-помеха, при этом осуществляют приём шумового сигнала звукового давления статическим вертикальным веером одновременно в нескольких направлениях вертикальной плоскости каждого пространственного канала наблюдения в составе статического веера в горизонтальной плоскости, оптимизируют приём каждым горизонтальным пространственным каналом путём выбора наиболее вероятных углов приёма в вертикальной плоскости для существующих гидроакустических условий подводного наблюдения. Для этого измеряют волнение поверхности моря, измеряют скорость звука в воде в зависимости от глубины, рассчитывают в каждом вертикальном пространственном канале уровень шумового сигнала на различных расстояниях и глубинах от точки приёма по измеренным данным и по известным характеристикам дна, решая уравнение гидроакустики в пассивном режиме для шумящего объекта с заданным уровнем шумоизлучения с учётом характеристик приёмной системы, рассчитывают уровень шумов моря в каждом вертикальном пространственном канале с учётом характеристик приёмной системы по измеренным данным и известным характеристикам дна. Затем нормируют относительно расчётных шумов моря в вертикальных пространственных каналах расчётные уровни шумовых сигналов в каждом пространственном канале, полученные для заданных расстояний до шумящего объекта и глубин, рассчитывают для каждого расстояния и глубины шумящего объекта в вертикальных пространственных каналах отношение сигнал-помеха. После чего осуществляют обработку принимаемых шумовых сигналов звукового давления с весами, пропорциональными расчётному отношению сигнал-помеха в вертикальных пространственных каналах, перед накоплением на последовательных циклах обзора, и суммируют с расчётными весами принятые нормированные к помехе шумовые сигналы звукового давления вертикальных пространственных каналов. Для реализации данного способа введены новые операции, а именно:

-приём шумовых сигналов звукового давления статическим вертикальным веером одновременно в нескольких направлениях вертикальной плоскости каждого пространственного канала наблюдения в составе веера горизонтальной плоскости,

-оптимизация приёма для каждого горизонтального пространственного канала в наклонённых по вертикали веерах путём выбора наиболее вероятных углов приёма в существующих гидроакустических условиях наблюдения, для чего осуществляют:

-измерение скорости звука в воде в зависимости от глубины,

-измерение волнения поверхности моря,

-вычисление в каждом вертикально наклонённом пространственном канале уровня шумового сигнала звукового давления на различных расстояниях и глубинах от точки приёма по измеренным данным и по известным характеристикам дна,

-вычисление уровня звукового давления для шумов моря в каждом вертикальном пространственном канале с учётом характеристик приёмной системы по измеренным данным и по известным характеристикам дна,

-нормирование относительно расчётных шумов моря соответствующих вертикальных пространственных каналов расчётных уровней шумовых сигналов звукового давления в каждом пространственном канале, полученных для заданных расстояний до шумящего объекта и глубин, вычисление для каждого расстояния и глубины шумящего объекта в вертикальных пространственных каналах отношения сигнал-помеха,

-обработку принимаемых шумовых сигналов звукового давления с весами, пропорциональными расчётному отношению сигнал-помеха в вертикальных каналах, до межциклового накопления,

-суммирование с расчётными весами принятых нормированных к помехе шумовых сигналов звукового давления вертикальных пространственных каналов,

-регистрация картины совокупности принимаемых сигналов на выходе приёмной системы для которых выполнены указанные выше процедуры.

Недостатком данного способа является малая помехоустойчивость и малая дальность действия приёмной системы при работе на низких частотах, когда размер приёмной системы соизмерим с длиной волны. В этом случае алгоритмы формирования пространственной направленности становятся неэффективными из-за дисперсионных искажений сигналов.

Известен способ обнаружения шумящих объектов в мелком и глубоком море (патент РФ № 2700797, МПК G01S15/04, опубликован 23.09.2019г. Бюлл. №27.), включающий приём шумового сигнала комбинированным приёмником, содержащим приёмник звукового давления и трёхкомпонентный приёмник вектора колебательной скорости, в котором

формируют методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов в заданном фиксированном частотном диапазоне в канале звукового давления и в векторных каналах комбинированного приёмника, вычисляют в каждом частотном канале комплексные амплитуды звукового давления, трёх компонент вектора колебательной скорости, трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности и трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, для суммарного процесса сигнал плюс помеха (S+N), усредняют за заранее определённый временной интервал Т₁, значения трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса (S+N), выделяют из текущих значений суммарного случайного процесса сигнал плюс помеха текущие значения помехи N, вычисляют в каждом частотном канале текущие значения комплексных амплитуд звукового давления, трёх компонент вектора колебательной скорости, текущие значения амплитуд трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности для помехи N, усредняют за заранее определённый временной интервал Т₁, значения трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи N, формируют с использованием смешанных аддитивно-мультипликативных алгоритмов обработки 8 пространственных каналов в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 2 пространственных канала в вертикальной плоскости для вертикальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 4 пространственных канала в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты ротора вектора интенсивности, 1 пространственный канал в вертикальной плоскости для вертикальной компоненты ротора вектора интенсивности, вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для суммарного процесса (S+N), вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале набор из 32 информативных параметров, включающий квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для помехи N, нормируют 32 информативных параметра, усреднённые за время Т₁, вычисленные для суммарного процесса (S+N), на соответствующие значения 32 информативных параметра, усреднённых за время Т₁, вычисленные для помехи N, вычисляют в каждом частотном канале максимальное отношение сигнал/помеха (S/N)_Σ для 32 информативных параметров (S/N)_Т1, усреднённых за время Т_1, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в канале звукового давления и в каналах вектора колебательной скорости гауссову статистику, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в каналах вектора интенсивности лапласову статистику, вычисляют на основе принятых статистик аналитическую зависимость вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги от порогового отношения сигнал-помеха по методу максимального правдоподобия, и принимают решение об обнаружении путём сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора 32 информативных параметров.

Данный способ является наиболее близким к заявленному изобретению и принят за прототип.

Недостатком данного способа обнаружения шумящих объектов в мелком море является недостаточно высокая помехоустойчивость и малая дальность действия на низких частотах инфразвукового диапазона в условиях мелкого моря, т.к. он не в полной мере учитывает вихревую составляющую вектора интенсивности, роль которой возрастает с понижением частоты.

Задачей заявляемого способа является повышение помехоустойчивости и дальности действия приёмной системы на частотах инфразвукового диапазона в условиях мелкого моря путём увеличения числа информативных параметров, характеризующих скалярно-векторную структуру звукового поля, с привлечением компонент вихревого вектора-ротора вектора интенсивности. Для решения поставленной задачи в способе обнаружения шумящих объектов в мелком море в фиксированном частотном диапазоне, включающем приём шумового сигнала комбинированным приёмником, содержащим приёмник звукового давления и приёмник вектора колебательной скорости, и последующую обработку шумового сигнала, в процессе которой формируют методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов в заданном фиксированном частотном диапазоне в канале звукового давления и в векторных каналах комбинированного приёмника, вычисляют в каждом частотном канале комплексные амплитуды звукового давления, трёх компонент вектора колебательной скорости, трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности и трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, для суммарного процесса (S+N), усредняют за заранее определённый временной интервал Т₁, значения трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса (S+N), выделяют из текущих значений суммарного случайного процесса (S+N), текущие значения помехи N, вычисляют в каждом частотном канале текущие значения комплексных амплитуд звукового давления, трёх компонент вектора колебательной скорости, текущие значения амплитуд трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности для помехи N, усредняют за заранее определённый временной интервал Т₁, значения трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи N, формируют с использованием смешанных аддитивно-мультипликативных алгоритмов обработки 8 пространственных каналов в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 2 пространственных канала в вертикальной плоскости для вертикальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 4 пространственных канала в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты ротора вектора интенсивности, интенсивности, вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для суммарного процесса (S+N), вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале набор из 32 информативных параметров, включающий квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для помехи N, нормируют 32 информативных параметра, усреднённые за время Т₁, вычисленные для суммарного процесса (S+N), на соответствующие значения 32 информативных параметра, усреднённых за время Т₁, вычисленные для помехи N, вычисляют в каждом частотном канале максимальное отношение сигнал/помеха (S/N)_Σ для 32 информативных параметров (S/N)_Т1, усреднённых за время Т_1, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в канале звукового давления и в каналах вектора колебательной скорости гауссову статистику, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в каналах вектора интенсивности лапласову статистику, вычисляют на основе принятых статистик аналитическую зависимость вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги от порогового отношения сигнал-помеха по методу максимального правдоподобия, принимают решение об обнаружении путём сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора 32 информативных параметров, вводят новые операции, а именно:

формируют с использованием смешанных аддитивно-мультипликативных алгоритмов обработки 16 дополнительных информативных параметров в 8 горизонтальных пространственных каналах для горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале набор из 48 информативных параметров, включающих квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах, 16 горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в 8 сформированных горизонтальных каналах для суммарного процесса (S+N), вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале набор из 48 информативных параметров, включающий квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах, 16 горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в 8 сформированных горизонтальных каналах для помехи N, нормируют 48 информативных параметров, усреднённых за время Т₁, вычисленных для суммарного процесса (S+N), на соответствующие значения 48 информативных параметра, усреднённых за время Т₁, вычисленных для помехи N, вычисляют в каждом частотном канале максимальное отношение сигнал/помеха (S/N)_Σ для 48 информативных параметров (S/N)_Т1, усреднённых за время Т_1, принимают решение об обнаружении путём сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора 48 информативных параметров.

В предлагаемом способе существенными признаками, общими с прототипом, являются следующие операции:

- используют в качестве приёмной системы комбинированный приёмник, содержащий приёмник звукового давления, трёхкомпонентный приёмник вектора колебательной скорости, формируют методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов в заданном фиксированном частотном диапазоне в канале звукового давления и в векторных каналах комбинированного приёмника, вычисляют в каждом частотном канале комплексные амплитуды звукового давления, трёх компонент вектора колебательной скорости, трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности и трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, для суммарного процесса (S+N), усредняют за заранее определённый временной интервал Т₁, значения трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса (S+N), выделяют из текущих значений суммарного случайного процесса (S+N), текущие значения помехи N, вычисляют в каждом частотном канале текущие значения комплексных амплитуд звукового давления, трёх компонент вектора колебательной скорости, текущие значения амплитуд трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности для помехи N, усредняют за заранее определённый временной интервал Т₁, значения трёх компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трёх компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи N, формируют с использованием смешанных аддитивно-мультипликативных алгоритмов обработки 8 пространственных каналов в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 2 пространственных канала в вертикальной плоскости для вертикальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 4 пространственных канала в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты ротора вектора интенсивности, вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для суммарного процесса (S+N),

вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале набор из 32 информативных параметров, включающий квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для помехи N, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в канале звукового давления и в каналах вектора колебательной скорости гауссову статистику, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в каналах вектора интенсивности лапласову статистику, вычисляют на основе принятых статистик аналитическую зависимость вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги от порогового отношения сигнал-помеха по методу максимального правдоподобия.

Отличительными существенными признаками предлагаемого способа являются следующие операции:

формируют с использованием смешанных аддитивно-мультипликативных алгоритмов обработки 16 дополнительных информативных параметров в 8 горизонтальных пространственных каналах для горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале набор из 16 дополнительных информативных параметров для горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в 8 сформированных горизонтальных каналах для суммарного процесса (S+N),

вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале набор из 16 дополнительных информативных параметров для горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в 8 сформированных горизонтальных каналах для помехи N, нормируют 16 дополнительных информативных параметров, усреднённых за время Т₁, вычисленных для суммарного процесса (S+N), на соответствующие значения 16 дополнительных информативных параметра, усреднённых за время Т₁, вычисленных для помехи N, вычисляют в каждом частотном канале максимальное отношение сигнал/помеха (S/N)_Σ для 48 информативных параметров (S/N)_Т1, усреднённых за время Т_1, принимают решение об обнаружении путём сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора 48 информативных параметров.

Таким образом, именно такая совокупность существенных признаков заявленного способа позволяет с использованием смешанных алгоритмов аддитивно-мультипликативной обработки сигналов существенно увеличить множество информативных параметров и, соответственно, повысить помехоустойчивость и дальность действия приёмной системы.

Новизна предлагаемого способа заключается в том, что в нём с использованием смешанных алгоритмов аддитивно-мультипликативной обработки сигналов сформированы 16 дополнительных информативных параметров для горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, усреднённых за время Т₁, вычисленных отдельно для суммарного процесса (S+N) и для помехи N, и увеличенный набор отношений сигнал-помеха, среди которых выбирается информативный параметр, которому соответствует максимальное отношение сигнал-помеха.

Увеличение числа информационных параметров с участием вихревого вектора-ротора вектора интенсивности в горизонтальных пространственных каналах, обладающих направленностью на любых, сколь угодно низких частотах, увеличивает помехоустойчивость комбинированного приёмника и дальность действия приёмной системы в режиме обнаружения слабых сигналов. С понижением частоты вплоть до частот инфразвукового диапазона возрастает роль вихревой составляющей вектора интенсивности в суммарном звуковом поле. По этой причине привлечение компонент этого вектора для формирования новых информативных параметров увеличивает помехоустойчивость и дальность действия приёмной системы.

Блок-схема, поясняющая заявленный способ обнаружения, приведена на фиг. 1, где обозначены следующие элементы:

1 – комбинированный приёмник,

2 – анализатор спектра суммарного процесса сигнал плюс помеха (S+N),

3 – блок выделения шумовой помехи (N),

4 – блок формирования пространственных каналов,

5 – блок формирования набора М информативных параметров для суммарного процесса (S+N),

6 – блок формирования набора М информативных параметров для шумовой помехи (N),

7 – блок формирования отношения сигнал/помеха по каждому информативному параметру (S/N)_m, m=1-M,

8 – компаратор, выбирающий информативный параметр с максимальным отношением (S/N)_max,

9 – автоматический обнаружитель порогового типа, устанавливающий пороговое значение отношения (S/N)₀,

10 – визуальный обнаружитель (планшет), формирующий сонограмму процесса обнаружения в координатах частота-время наблюдения.

Заявленный способ реализуется следующей последовательностью действий.

Сигнал от шумящего объекта принимается комбинированным приёмником 1, с выхода которого сигналы звукового давления и компонент вектора градиента давления поступают в блок 2 – анализатора спектра суммарного процесса сигнал плюс помеха (S+N). В этом блоке:

-формируют методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов в заданном фиксированном частотном диапазоне,

-вычисляют в каждом частотном канале комплексные амплитуды звукового давления, трёх компонент вектора градиента давления, в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, для суммарного процесса (S+N)

где р(ω, r(t)),

-комплексные амплитуды звукового давления и вектора градиента давления, соответственно,

Вычисленные в блоке 2 сигналы поступают на вход блока 3 выделения шумовой помехи (N) по алгоритму (1)

(1)

где f₀- средняя частота канала, ∆f₀-заранее определённая полоса усреднения, примерно на порядок превышающая ширину дискретной составляющей ∆f в спектре суммарного процесса (S+N), A_S+N, A_N-любой из перечисленных выше параметров звукового поля, вычисленный для суммарного процесса (S+N) и для помехи N.

Сформированные в блоках 2,3 сигналы поступают в блоки 4 формирования пространственных каналов, в котором

- вычисляют в каждом частотном канале комплексные амплитуды вектора колебательной скорости и вектора интенсивности в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, для суммарного процесса (S+N) и для помехи N по формулам

-вычисляют в каждом частотном канале две горизонтальные компоненты вектора колебательной скорости в повёрнутой на 45˚ системе координат (α, β) для суммарного процесса (S+N) и для помехи N по формулам

где

комплексные амплитуды спектральных составляющих на частоте ω на расстоянии r(t) для компонент вектора колебательной скорости в локальной системе координат (x,y), связанной с приёмником, φ₀ угол поворота,

С выхода блока 4 сигналы поступают в блоки 5,6 формирования набора усреднённых за время Т₁ информативных параметров, в котором

- вычисляют и усредняют за время Т₁ компоненты вектора интенсивности I_α, I_β в повёрнутой системе координат (α, β) для суммарного процесса (S+N) и для помехи N по формулам

(2)

р(ω,r(t)) - комплексная амплитуда спектральной составляющей на частоте ω на расстоянии r(t) для звукового давления,

- вычисляют и усредняют за время Т₁ для суммарного процесса (S+N) и для помехи N величины

,

,

(3)

,

,

где

,

чувствительность приёмника звукового давления и приёмника колебательной скорости на частоте ω соответственно,

-горизонтальные компоненты вещественной и мнимой составляющих вектора интенсивности в локальной системе координат, связанной с приёмником, которым соответствует статический веер характеристик направленности в горизонтальной плоскости вида

(4)

где φ, θ—азимутальный угол и угол места,

- вычисляют величины

,

(5)

которым соответствует статический веер характеристик направленности в вертикальной плоскости вида

(6)

для вещественной и мнимой составляющих вертикальной компоненты вектора интенсивности

-вычисляют вещественные и мнимые составляющие вектора интенсивности во всех 10-пространственных каналах (4), (6) для суммарного процесса (S+N) и для помехи N,

-вычисляют и усредняют за время Т₁ 6 квадратичных компонент вектора градиента давления по формулам

(7)

-вычисляют и усредняют за время Т₁ 5 компонент ротора вектора интенсивности и квадрат звукового давления по формулам

(8)

вычисляют и усредняют за время Т₁ для суммарного процесса (S+N) и для помехи N величины

;

;

(9)

(10)

Характеристики направленности горизонтальных каналов по параметрам, сформированным по формулам (9), описываются кардиоидой. Характеристики направленности горизонтальных каналов по параметрам, сформированным по формулам (10), описываются формулами (4).

С выходов блоков 5,6 сигналы, сформированные по алгоритмам (3), (5), (7), (8), (9), (10) информативные параметры поступают на вход блока 7 формирования отношения сигнал/помеха (S/N)_m по каждому информативному параметру A_m (m=1-48). Для этого усреднённые за время Т₁ информативные параметры, сформированные в блоке 5, центрируют и нормируют на соответствующие параметры A_m , вычисленные в блоке 6 для помехи N.

При выборе интервала усреднения T₁ учитывают, что время усреднения Т₁, необходимое для усреднения изотропной составляющей помехи, должно составлять порядка 50-60с, Сформированные в блока 7 нормированные параметры (S/N)_m поступают на вход блока 8- компаратора, в котором вычисляют максимальное отношение сигнал/помеха по одному из 48 информативных параметров. Вычисленные максимальные значения отношения сигнал/помеха сравниваются с заданным в блоке 9 пороговым значением отношения сигнал/помеха и отображаются в блоке 10, который представляет собой визуальный обнаружитель (планшет), формирующий сонограмму процесса обнаружения в координатах частота-время наблюдения.

Claims (6)

1. Способ обнаружения шумящих объектов в мелком море в фиксированном инфразвуковом диапазоне частот, в котором принимают шумовой сигнал комбинированным приёмником, содержащим канал звукового давления и трёхкомпонентный приёмник вектора колебательной скорости, вычисляют и усредняют за заранее определённый временной интервал Т₁ в каждом частотном канале, сформированном в результате частотно-временной обработки принятых шумовых сигналов, комплексные амплитуды звукового давления, трёх компонент вектора колебательной скорости, трёх компонент вектора интенсивности для суммарного процесса сигнал плюс помеха (S+N), выделяют из текущих значений суммарного случайного процесса (S+N) текущие значения помехи N, вычисляют и усредняют за заранее определённый временной интервал Т₁ комплексные амплитуды звукового давления, трёх компонент вектора колебательной скорости, трёх компонент вектора интенсивности для помехи N, формируют в каждом частотном канале с использованием смешанных аддитивно-мультипликативных алгоритмов обработки 8 пространственных каналов в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 2 пространственных канала в вертикальной плоскости для вертикальной компоненты комплексного вектора интенсивности, 4 пространственных канала в горизонтальной плоскости для горизонтальной компоненты ротора вектора интенсивности, 1 пространственный канал в вертикальной плоскости для вертикальной компоненты ротора вектора интенсивности, вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале набор из 32 информативных параметров, включающий квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для суммарного процесса (S+N), вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале набор из 32 информативных параметров, включающий квадрат звукового давления, квадраты 3 вещественных компонент вектора градиента давления и квадраты 3 мнимых компонент вектора градиента давления в локальной системе координат, связанной с комбинированным приёмником, комплексные амплитуды 10 компонент вектора интенсивности в 10 сформированных пространственных каналах, 5 вещественных амплитуд 5 компонент ротора вектора интенсивности в 5 сформированных пространственных каналах для помехи N, нормируют 32 информативных параметра, усреднённые за время Т₁, вычисленные для суммарного процесса (S+N), на соответствующие значения 32 информативных параметра, усреднённых за время Т₁, вычисленные для помехи N, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в канале звукового давления, в каналах вектора колебательной скорости гауссову статистику, принимают в качестве модельной статистики поля помехи в каналах вектора интенсивности лапласову статистику, вычисляют на основе принятых статистик аналитическую зависимость вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги от порогового отношения сигнал-помеха по методу максимального правдоподобия, отличающийся тем, что формируют с использованием смешанных аддитивно-мультипликативных алгоритмов обработки 16 дополнительных информативных параметров в 8 горизонтальных пространственных каналах для горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности,
2. вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале набор из 16 дополнительных информативных параметров для горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, сформированных в 8 горизонтальных пространственных каналах, для суммарного процесса (S+N),
3. вычисляют и усредняют за время Т₁ в каждом частотном канале набор из 16 дополнительных информативных параметров для горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, сформированных в 8 горизонтальных пространственных каналах, для помехи N,
4. нормируют 16 дополнительных информативных параметров для горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, усреднённых за время Т₁, вычисленных для суммарного процесса (S+N), на соответствующие значения 16 дополнительных информативных параметров для горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, усреднённых за время Т₁, вычисленных для помехи N,
5. вычисляют в каждом частотном канале максимальное отношение сигнал/помеха (S/N)_Σ для 48 информативных параметров (S/N)_Т1, усреднённых за время Т_1,
6. принимают решение об обнаружении путём сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора 48 информативных параметров.

Images