RU2795389C1 - Method and device for active hydrolocation - Google Patents
Method and device for active hydrolocation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795389C1 RU2795389C1 RU2022112875A RU2022112875A RU2795389C1 RU 2795389 C1 RU2795389 C1 RU 2795389C1 RU 2022112875 A RU2022112875 A RU 2022112875A RU 2022112875 A RU2022112875 A RU 2022112875A RU 2795389 C1 RU2795389 C1 RU 2795389C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emission
- frequency
- reception
- channels
- channel
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к одной из важных областей теории и практики освещения гидроакустической обстановки в море, а именно, способам и средствам повышения дальности действия средств активной гидролокации.The invention relates to one of the important areas of theory and practice of illumination of the hydroacoustic situation in the sea, namely, methods and means of increasing the range of active sonar.
Средства активной гидролокации в практике мореплавания и использования морской среды в обширном кругу других своих интересов в разных странах, имеющих выход к морю, появились сравнительно недавно, если не считать известные попытки измерения скорости звука в воде под колокольный звон. Вместе с этим, все это время мы являемся наблюдателями более настойчивых и технически оснащенных попыток разработки и производства все более эффективных средств решения уже давно стоящих и вновь возникающих проблем.The means of active sonar in the practice of navigation and the use of the marine environment in a wide range of other interests in different countries with access to the sea have appeared relatively recently, with the exception of well-known attempts to measure the speed of sound in water to the sound of bells. At the same time, all this time we are observers of more persistent and technically equipped attempts to develop and produce more and more effective means of solving long standing and emerging problems.
Возможные пути решения рассматриваемой проблемы могут быть проанализированы с помощью аналитического соотношения, связывающего значение достигаемой дальности действия с исходными данными согласно с так называемым уравнением гидролокации [1]:Possible ways to solve the problem under consideration can be analyzed using an analytical relationship that relates the value of the achieved range with the initial data in accordance with the so-called sonar equation [1]:
где: JSmin- минимальная интенсивность сигнала;where: J Smin - minimum signal intensity;
Jпом - интенсивность помехи;J pom - interference intensity;
δ - коэффициент распознавания.δ - recognition coefficient.
Подставляя в выражение (1) связанные с входящими в него величинами значения физических параметров, а именно в правую часть значения, связанные с дальностью D и называемую потерями на распространение, а в левую, называемую потенциалом обнаружения, остальные, получим обобщенное уравнение гидролокации в виде[2]:Substituting into expression (1) the values of physical parameters associated with the quantities included in it, namely, into the right side of the values associated with the range D and called propagation losses, and into the left side, called the detection potential, the rest, we obtain a generalized sonar equation in the form [ 2]:
Где: αq - коэффициент режима работы;Where: α q - operating mode coefficient;
D - дальность действия;D - range;
рсо - приведенное значение уровня первичного поля;p co - reduced value of the level of the primary field;
Ра - акустическая мощность канала излучения;R a - acoustic power of the radiation channel;
γ1γ2 - коэффициенты концентрации антенн при излучении и приеме; γ 1 γ 2 - antenna concentration factors for radiation and reception;
ƒ, Δƒ - рабочая частота и ее полоса;ƒ, Δƒ - operating frequency and its bandwidth;
Т - время интегрирования (режим ШП) и излучения (ИД и ОП);T - integration time (SHP mode) and radiation (ID and OP);
Rэ - эквивалентный радиус цели при;R e - equivalent target radius at;
kδ - пороговый коэффициент решающего звена;k δ - threshold coefficient of the decisive link;
pn0 - приведенное давление помехи на входе канала; %p n0 - reduced interference pressure at the channel inlet; %
Aƒ - фактор аномалии звука;A ƒ - sound anomaly factor;
β - затухание звука в морской среде.β - sound attenuation in the marine environment.
Как можно видеть, решение поставленной задачи повышения дальности действия гидролокатора без изменения энергетических параметров (Pa, γ1, Rэ, kδ), т.е. потенциала обнаружения, представляемого левой частью уравнения, возможно только за счет уменьшения потерь на распространение сигнала в морской среде, что, в свою очередь, возможно при значительном снижении частоты излучаемого сигнала f (множитель ), хотя это снизит коэффициент концентрации при излучении γ=4πSf2/с2, где S - площадь антенны, а С - скорость звука в воде.As you can see, the solution of the task of increasing the range of the sonar without changing the energy parameters (P a , γ 1 , R e , k δ ), i.e. detection potential, represented by the left side of the equation, is possible only by reducing the signal propagation losses in the marine environment, which, in turn, is possible with a significant decrease in the frequency of the emitted signal f (multiplier ), although this will reduce the radiation concentration factor γ=4πSf 2 /c 2 , where S is the area of the antenna and C is the speed of sound in water.
Устранение этого недостатка, т.е. сохранение коэффициента концентрации при излучении высокочастотного зондирующего импульса и уменьшение потерь при его распространении предлагается посредством снижения частоты принимаемого эхо сигнала, выбором из его спектра составляющей с частотой, меньшей частоты зондирующего импульса.The elimination of this shortcoming, i.e. preservation of the concentration coefficient during the emission of a high-frequency probing pulse and reduction of losses during its propagation is proposed by reducing the frequency of the received echo signal, choosing from its spectrum a component with a frequency lower than the frequency of the probing pulse.
Сущностью реализации этого предложения, так же как и основным отличительным признаком изобретения является использование нелинейных явлений [1], сопровождающих отражение излученного импульса при облучении объекта (зеркальный эффект), и проявляющихся в виде расширения спектра, значительная часть интенсивности которого может быть сосредоточена на конкретном значении его составляющей, например, при двухчастотном излучении на разностной частоте, что в результате существенно снизит потери на распространение отраженного сигнала, тем самым повысит его интенсивность и, следовательно, помехоустойчивость приемного канала гидролокатора, количественно выражаемую как отношение значений сигнал/помеха и, в конечном итоге, с этим, увеличит его дальность действия.The essence of the implementation of this proposal, as well as the main distinguishing feature of the invention, is the use of nonlinear phenomena [1], which accompany the reflection of the emitted pulse when the object is irradiated (mirror effect), and manifests itself in the form of spectrum expansion, a significant part of the intensity of which can be focused on a specific value its component, for example, with two-frequency radiation at a difference frequency, which as a result will significantly reduce the losses for the propagation of the reflected signal, thereby increasing its intensity and, consequently, the noise immunity of the sonar receiving channel, quantitatively expressed as the ratio of signal/noise values and, ultimately , with this, will increase its range.
Осуществление предложенного признака иллюстрируется фиг. 1, на котором представлены графики зависимости спада интенсивности зондирующего сигнала - кривая 1 до точки а) при одночастотном излучении и до точки б) - при двухчастотном; изменение интенсивности в точке приема - кривая 2, пересечение которой с пороговым значением позволяет определить дальность обнаружения лоцируемого объекта. Кривые 3 и 4 представляют графики спада интенсивности эхо сигналов на обеих частотах с выигрышем в дальности обнаружения в виде D1 D2.The implementation of the proposed feature is illustrated in Fig. 1, which shows graphs of the decay of the intensity of the probing signal -
Предлагаемый способ включает в себя излучение и прием отраженных от объектов наблюдения сигналов, отличительным признаком которых является то, что для их излучения используют двухканальный генератор с незначительным (до 10%) отличием каналов по частоте и идентичными по остальным параметрам, в частности, схемами задающих генераторов, модуляторов, усилителей мощности и переключателей режимов, Приемный тракт, также как и тракт излучения, является двухканальным, на тех же частотах и может быть выполнен по типовой схеме «усилитель, фильтр на несущей частоте, детектор и интегратор» с тем лишь отличием, что для выделения разностной частоты из спектра суммы сигналов они после первых фильтров поступают на фильтрующий разностную частоту сумматор и уже после этого фильтра, на детектор и далее - на интегратор, как в случае типовой схемы или на индикатор, как в данном случае.The proposed method includes the emission and reception of signals reflected from objects of observation, the distinguishing feature of which is that a two-channel generator is used for their emission with a slight (up to 10%) channel difference in frequency and identical in other parameters, in particular, master oscillator circuits , modulators, power amplifiers and mode switches. The receiving path, as well as the radiation path, is two-channel, at the same frequencies and can be made according to the typical scheme "amplifier, carrier-frequency filter, detector and integrator" with the only difference that to separate the difference frequency from the spectrum of the sum of the signals, after the first filters, they go to the adder filtering the difference frequency and after this filter, to the detector and then to the integrator, as in the case of a typical circuit or to the indicator, as in this case.
Данный способ предлагается реализовать с помощью устройства, (блок - схема представлена на фиг. 2, в состав которого включены два канала излучения (элементы 1, 3, 5 и 2, 4, 6) и два канала приема (элементы 8 и 9) с использованием двухчастотной приемоизлучающей антенны 13 с переключателем «прием - передача» 12, с (элементы последующей обработке и отображением сигналов (элементы 10 и 11).This method is proposed to be implemented using a device (the block diagram is shown in Fig. 2, which includes two emission channels (
В состав представленной на фиг. 2 блок-схемы устройства, реализующего изложенный способ, входят следующие элементы:In the composition shown in Fig. 2 block diagrams of a device that implements the described method, includes the following elements:
1, 2 - задающие генераторы на f1 и f2;1, 2 - master generators for f 1 and f 2 ;
3, 4 - модуляторы f1 и f2;3, 4 - modulators f 1 and f 2 ;
5, 6 - усилители мощности f1 и f2;5, 6 - power amplifiers f 1 and f 2 ;
7 - блок управления;7 - control unit;
8,9 - приемные каналы на f1 и f2;8,9 - receiving channels on f 1 and f 2 ;
10 - фильтрующий сумматор;10 - filter adder;
11 - индикаторное устройство;11 - indicator device;
12 - переключатель прием-передача;12 - switch reception-transmission;
13 - приемоизлучающая антенна гидролокатора.13 - transceiver sonar antenna.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости приемного тракта гидролокатора, количественно представляемой как отношение сигнал/помеха, в результате уменьшения потерь на распространение эхосигнала в связи с переходом на меньшую, чем излучаемая, частоту.The technical result of the invention is to increase the noise immunity of the sonar receiving path, quantified as a signal-to-interference ratio, as a result of a decrease in echo signal propagation losses due to the transition to a frequency lower than the emitted one.
Технический результат достигается за счет того, что тракты излучения и приема разделены на два канала каждый, и именно так, что излучение зондирующих сигналов на одном канале производят на частоте f1, на другом канале - на частоте f2 с разницей в ±10% от f1, а прием сигналов, отраженных от лоцируемых объектов, проводят на обоих каналах на частотах излучения f1 и f2 с последующим их суммированием, выделением посредством фильтрации разностной частоты и отображением результата на индикаторе.The technical result is achieved due to the fact that the emission and reception paths are divided into two channels each, and in such a way that the emission of probing signals on one channel is carried out at a frequency f 1 , on the other channel - at a frequency f 2 with a difference of ±10% from f 1 , and the reception of signals reflected from the located objects is carried out on both channels at radiation frequencies f 1 and f 2 with their subsequent summation, separation by filtering the difference frequency and displaying the result on the indicator.
Изложенное выше позволяет утверждать, что данное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна», поскольку по имеющихся данным из общедоступных источников информации неизвестно применение подобного гидролокатора. Соответствует оно и условию патентоспособности «изобретательский уровень», так как указанная совокупность существенных признаков устройства обеспечивает новый технический эффект.The foregoing allows us to assert that this invention meets the condition of patentability "novelty", since according to the available data from publicly available sources of information, the use of such a sonar is unknown. It also corresponds to the condition of patentability "inventive step", since the specified set of essential features of the device provides a new technical effect.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Евтютов А.П., Колесников А.Е., Корепин Е.А. Справочник по гидроакустике, - Л.: «Судостроение», 1988 г. 1. Evtyutov A.P., Kolesnikov A.E., Korepin E.A. Reference book on hydroacoustics, - L .: "Shipbuilding", 1988
2. Щеглов Г.А. Вероятностная оценка дальности действия ГАС. Спб. Труды ВУНЦ ВМФ, 2018.2. Shcheglov G.A. Probabilistic assessment of the range of the GAS. SPb. Proceedings of the VUNC VMF, 2018.
3. Соловьев И.В., Корольков Г.Н., Бараненко А.А. Морская радиоэлектроника. СПБ: «Политехника», 2003.3. Soloviev I.V., Korolkov G.N., Baranenko A.A. Marine radio electronics. St. Petersburg: "Polytechnic", 2003.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2795389C1 true RU2795389C1 (en) | 2023-05-03 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469349C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Специальное научно-производственное объединение "Элерон" (ФГУП "СНПО "Элерон") | Method of determining range to object with emitting source of signals with different frequencies |
RU146020U1 (en) * | 2014-07-09 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | PARAMETRIC MULTI-FREQUENCY ECHO Sounder |
RU2588057C1 (en) * | 2015-07-06 | 2016-06-27 | Открытое акционерное общество "Азовский оптико-механический завод" (ОАО "АОМЗ") | Method of locating objects for local navigation systems |
RU2607639C2 (en) * | 2014-12-31 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining range to object with radiation source signals with different frequencies |
RU192243U1 (en) * | 2019-04-25 | 2019-09-10 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Two-channel sonar device control facility with increased noise immunity |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469349C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Специальное научно-производственное объединение "Элерон" (ФГУП "СНПО "Элерон") | Method of determining range to object with emitting source of signals with different frequencies |
RU146020U1 (en) * | 2014-07-09 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | PARAMETRIC MULTI-FREQUENCY ECHO Sounder |
RU2607639C2 (en) * | 2014-12-31 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining range to object with radiation source signals with different frequencies |
RU2588057C1 (en) * | 2015-07-06 | 2016-06-27 | Открытое акционерное общество "Азовский оптико-механический завод" (ОАО "АОМЗ") | Method of locating objects for local navigation systems |
RU192243U1 (en) * | 2019-04-25 | 2019-09-10 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Two-channel sonar device control facility with increased noise immunity |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1938126B1 (en) | Sonar system and method providing low probability of impact on marine mammals | |
US7852709B1 (en) | Sonar system and process | |
RU2156984C1 (en) | Process of generation of information on noisy object at sea and process of obtainment of color scales for it | |
RU2096808C1 (en) | Method detection of low-frequency hydroacoustic radiations | |
Khodabandeloo et al. | Nonlinear crosstalk in broadband multi-channel echosounders | |
RU2795389C1 (en) | Method and device for active hydrolocation | |
RU2342681C2 (en) | Method for provision of seafaring of vessels with high draught and displacement | |
US6771561B2 (en) | Sonar system especially for shallow water application such as in littoral environments | |
RU143839U1 (en) | INTEGRATED HYDROACOUSTIC SYSTEM FOR SEARCHING HYDROBIONTS | |
RU2110810C1 (en) | Method of detection of noisy objects | |
JP2000249760A (en) | Buried object detecting sonar system and method thereof | |
Casey et al. | Source level measurements for harbor seals and implications for estimating communication space | |
JPH04231889A (en) | Device for removing fixed echo in ultrasonic echo graph | |
RU2779380C1 (en) | Detector of moving underwater objects against the background of biological noise in a shallow water area inhabited by nipper-prawns | |
RU2658075C1 (en) | Method of signals superresolution by time in active location | |
RU2134432C1 (en) | Process of acoustic monitoring of variability of parameters of sea water areas | |
RU2786039C1 (en) | Method for registering the flow characteristics of a marine object in shallow waters | |
RU2064683C1 (en) | Method of direction finding to hydrobionts and device for its implementation | |
RU2746342C1 (en) | Method of recording noise emission of marine object | |
Horne | Maximizing Single Target Resolution and Signal to Noise Ratios in Fisheries Acoustic Data | |
JPH02262082A (en) | Fish-finder | |
JP2790906B2 (en) | Passive sonar broadband signal reception method | |
Wu et al. | Phase feature extraction of echo for point target | |
Wu et al. | Waveform design of geometric comb to extract target phase feature | |
RU1840753C (en) | Echo-ranging sonar with complex-shaped sound impulses |