RU2810695C1 - Direction finder of hydroacoustic signals, forming static fan of spatial channels - Google Patents

Direction finder of hydroacoustic signals, forming static fan of spatial channels Download PDF

Info

Publication number
RU2810695C1
RU2810695C1 RU2023115375A RU2023115375A RU2810695C1 RU 2810695 C1 RU2810695 C1 RU 2810695C1 RU 2023115375 A RU2023115375 A RU 2023115375A RU 2023115375 A RU2023115375 A RU 2023115375A RU 2810695 C1 RU2810695 C1 RU 2810695C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
hydroacoustic
receivers
spatial
signal
Prior art date
Application number
RU2023115375A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Борисович Островский
Виталий Залманович Кранц
Original Assignee
Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" filed Critical Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Application granted granted Critical
Publication of RU2810695C1 publication Critical patent/RU2810695C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: hydroacoustics.
SUBSTANCE: hydroacoustic means of detecting signals used for small-sized carriers such as underwater vehicles, bottom hydrophysical stations, sonobuoys. The direction finder consists of a cylindrical sound-transparent antenna and a radio part. On the guide of the cylindrical antenna there are 2N hydroacoustic receivers, which are placed evenly at intervalsΔθ =360/2N. Signals from hydroacoustic receivers are transmitted to the spatial channel generation unit, in which a fan of 2N spatial channels with directional patterns (DP) of the “reverse” cardioid type is formed. The spatial channel with the maximum value of the received signal (RSm) is selected and the direction to the θm signal source is determined, corresponding to the RSm axis of the DP. By signal voltage difference Δ U=Ur -Ul, received by the RSm channels adjacent to RSm and RSr and PCl, as well as according to a pre-introduced correction dependenceξθ (Δ U) the true value is determined by the signal sourceθtrmθ.
EFFECT: increasing the accuracy of the amplitude direction finding method used in the signal detection mode using a static RS fan, while maintaining the dimensions of the antenna, the number of receivers and without shielding the receivers.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустическим средствам обнаружения сигналов и может быть использовано для малогабаритных носителей типа подводных аппаратов, донных гидрофизических станций, радиогидроакустических буев.The invention relates to hydroacoustic means for detecting signals and can be used for small-sized carriers such as underwater vehicles, bottom hydrophysical stations, radio sonobuoys.

Системы обнаружения шумящих объектов и определения направления на эти объекты, называют пеленгаторами. Общие принципы построения пеленгаторов гидроакустических сигналов изложены в книге [Справочник по гидроакустике / под ред. А.Е. Колесникова. Л.: Судостроение, 1988. С. 18-30]. Для одновременного обзора сектора пространства (до 360°) формируют статический веер пространственных каналов (ПК). Направление на источник сигнала определяют по направлению оси диаграммы направленности (ДН) ПК, в котором зафиксировано максимальное значение принятого сигнала, причем погрешность определения направления составляет приблизительно половину угловой ширины ДН на уровне - 3 дБ [Справочник…].Systems for detecting noisy objects and determining the direction to these objects are called direction finders. The general principles of constructing hydroacoustic signal direction finders are set out in the book [Handbook of hydroacoustics / ed. A.E. Kolesnikova. L.: Shipbuilding, 1988. P. 18-30]. For simultaneous viewing of sectors of space (up to 360°), a static fan of spatial channels (SC) is formed. The direction to the signal source is determined by the direction of the axis of the radiation pattern (DP) of the PC, in which the maximum value of the received signal is recorded, and the error in determining the direction is approximately half the angular width of the pattern at a level of - 3 dB [Reference...].

Антенна пеленгатора для обнаружения сигнала в секторе 360°, как правило, представляет собой цилиндр, по образующей которого расположены гидроакустические приемники. Для цилиндра в свободной среде максимальное количество формируемых ДН пространственных каналов равняется количеству приемников, расположенных по окружности антенны.The direction finder antenna for detecting a signal in a 360° sector, as a rule, is a cylinder along the generatrix of which hydroacoustic receivers are located. For a cylinder in a free environment, the maximum number of spatial channels formed by the pattern is equal to the number of receivers located around the circumference of the antenna.

В авторском свидетельстве на устройство всенаправленного приема сигналов связи и опознавания гидроакустической станции [а.с. СССР № 1840778, МПК G01S 7/52, публ. 27.07.2009] представлена схема формирования статического веера ДН, а в патенте на гидроакустическую станцию для обнаружения малоразмерных объектов [патент РФ № 2680673, МПК G01S 15/04, публ. 04.12.2017] статический веер ДН формируется с помощью цилиндрической антенны. В патенте на способ обнаружения шумящих в море объектов [патент РФ № 2694782, МПК G01S 3/80, публ. 16.07.2019] рассмотрены особенности частотно-временной обработки сигнала в каждом канале пеленгатора.In the author's certificate for a device for omnidirectional reception of communication signals and identification of a hydroacoustic station [a.s. USSR No. 1840778, IPC G01S 7/52, publ. 07/27/2009] presents a scheme for the formation of a static DP fan, and in the patent for a hydroacoustic station for detecting small-sized objects [RF patent No. 2680673, IPC G01S 15/04, publ. 12/04/2017] a static pattern fan is formed using a cylindrical antenna. In the patent for a method for detecting objects making noise in the sea [RF patent No. 2694782, IPC G01S 3/80, publ. 07/16/2019] the features of time-frequency signal processing in each channel of the direction finder are considered.

Общим недостатком представленных технических решений является значительный размер раскрыва цилиндрической приемной антенны. Обозначим ширину ДН на уровне - 3 дБ как Δθ07. Если необходимо получить величину Δθ07=5° на частоте 3 кГц, диаметр цилиндра должен быть 5.89 м. При снижении частоты или при необходимости уменьшения величины Δθ07 для повышения точности пеленгования диаметр цилиндра линейно увеличивается [Смарышев М.Д. Элементы теории направленности гидроакустических антенн. СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003]. Кроме того, требуется экранирование тыльной поверхности приемников, что создает дополнительные технические проблемы для формирования ДН с высокой направленностью на низких частотах. Для построения безэкранного приемника может быть использован приемник, формирующий кардиоидную ДН [Смарышев М.Д. … с. 56-60].A common disadvantage of the presented technical solutions is the significant size of the aperture of the cylindrical receiving antenna. Let us denote the width of the pattern at the -3 dB level as Δθ 07 . If it is necessary to obtain the value Δθ 07 =5° at a frequency of 3 kHz, the diameter of the cylinder should be 5.89 m. When the frequency decreases or if it is necessary to reduce the value of Δθ 07 to improve direction finding accuracy, the diameter of the cylinder increases linearly [Smaryshev M.D. Elements of the theory of directionality of hydroacoustic antennas. St. Petersburg: Publishing house of St. Petersburg Electrotechnical University "LETI", 2003]. In addition, shielding of the rear surface of the receivers is required, which creates additional technical problems for the formation of patterns with high directivity at low frequencies. To build a screenless receiver, a receiver that forms a cardioid pattern can be used [Smaryshev M.D. … With. 56-60].

Известны способ и устройство определения водолазом направления на источник звукового сигнала [патент РФ № 2439602, МПК G01S 7/52, опубл. 27.08.2011], в котором предлагается формирование «обратной» кардиоидной ДН. В этом устройстве ДН формируется двумя ненаправленными гидрофонами, центры которых размещены на расстоянии четверти длины волны несущей частоты принимаемого сигнала. Тракт формирования состоит из устройства задержки сигнала на время, равное четверти периода несущей частоты принимаемого сигнала, сумматора и усилителя с автоматической регулировкой усиления (АРУ). Причем коэффициент усиления усилителя с автоматической регулировкой усиления (АРУ) обратно пропорционален уровню управляющего сигнала. На выходе этого усилителя формируется ДН, «обратная» кардиоидной ДН, ось которой имеет направление по линии, соединяющей приемники. Однако, предложенное устройство не позволяет сформировать веер ДН.A known method and device for determining the direction to the source of a sound signal by a diver [RF patent No. 2439602, IPC G01S 7/52, publ. 08.27.2011], which proposes the formation of a “reverse” cardioid pattern. In this device, the pattern is formed by two omnidirectional hydrophones, the centers of which are located at a distance of a quarter of the wavelength of the carrier frequency of the received signal. The formation path consists of a signal delay device for a time equal to a quarter of the carrier frequency period of the received signal, a adder and an amplifier with automatic gain control (AGC). Moreover, the gain of an amplifier with automatic gain control (AGC) is inversely proportional to the level of the control signal. At the output of this amplifier, a pattern is formed that is “reverse” to the cardioid pattern, the axis of which is directed along the line connecting the receivers. However, the proposed device does not allow the formation of a pattern fan.

Наиболее близким по техническим и функциональным характеристикам к предлагаемому устройству является «Малогабаритный пеленгатор гидроакустических сигналов» [Патент РФ № 2793149, МПК G01S 1/801, опубл. 29.03.2023], который принят за прототип.The closest technical and functional characteristics to the proposed device is the “Small-sized direction finder of hydroacoustic signals” [RF Patent No. 2793149, IPC G01S 1/801, publ. 03.29.2023], which was adopted as a prototype.

Устройство-прототип содержит цилиндрическую звукопрозрачную гидроакустическую антенну, на окружности которой размещены 2N гидроакустических приемников (ГАП). Диаметр окружности D=λ/4, где λ - длина волны на средней частоте принимаемого сигнала, центры приемников находятся на одинаковом угловом расстоянии Δθ°=360/(2N) друг от друга,The prototype device contains a cylindrical, sound-transparent hydroacoustic antenna, on the circumference of which 2N hydroacoustic receivers (HAR) are located. The diameter of the circle is D=λ/4, where λ is the wavelength at the average frequency of the received signal, the centers of the receivers are at the same angular distance Δθ°=360/(2N) from each other,

Приемники соединены с 2N-канальным блоком формирования пространственных каналов, выполненным с возможностью формирования статического веера из 2N пространственных каналов (ПК) в диапазоне углов 360°, в каждом из которых формируется диаграмма направленности типа «обратная» кардиоида. Также устройство-прототип содержит 2N-канальный блок определения пеленга, где определяется ПКm, в котором зафиксировано максимальное значение принимаемого сигнала. Направление θm оси ДН этого ПК принимается как направление на источник сигнала и с помощью блока передачи значения пеленга передается на внешние устройства.The receivers are connected to a 2N-channel spatial channel generating unit, configured to form a static fan of 2N spatial channels (SC) in a range of angles of 360°, in each of which a “reverse” cardioid radiation pattern is formed. Also, the prototype device contains a 2N-channel bearing determination unit, where PC m is determined, in which the maximum value of the received signal is recorded. The direction θ m of the axis of the beam of this PC is accepted as the direction to the signal source and, using the transmission unit, the bearing value is transmitted to external devices.

Пеленгатор, заявленный в патенте РФ № 2793149, формирует статический веер из 2N пространственных каналов при малом диаметре цилиндрической антенны. Основным недостатком представленного технического решения является малая разрешающая способность по углу, т.е. большая погрешность в определении пеленга на цель, т.к. направление на пеленгуемый источник сигнала определяется с точностью не более половины ширины ДН Δθ07. Повышения точности в устройстве-прототипе может быть достигнуто только за счет увеличения количества приемников.The direction finder, declared in RF patent No. 2793149, forms a static fan of 2N spatial channels with a small diameter of the cylindrical antenna. The main disadvantage of the presented technical solution is the low angular resolution, i.e. large error in determining the bearing to the target, because the direction to the direction-finding signal source is determined with an accuracy of no more than half the width of the pattern Δθ 07 . Increased accuracy in the prototype device can only be achieved by increasing the number of receivers.

Задачей изобретения является повышение точности при амплитудном методе пеленгования, используемом в режиме обнаружения сигналов с помощью статического веера ПК, без увеличения количества приемников. Технический результат изобретения заключается в существенном повышении точности пеленгования, при сохранении габаритов антенны, количества приемников и без экранирования приемников.The objective of the invention is to increase the accuracy of the amplitude direction finding method used in signal detection mode using a static PC fan, without increasing the number of receivers. The technical result of the invention is to significantly increase the accuracy of direction finding, while maintaining the dimensions of the antenna, the number of receivers and without shielding the receivers.

Для решения поставленной задачи в пеленгаторе, содержащем звукопрозрачную многоэлементную цилиндрическую гидроакустическую антенну, состоящую из N ненаправленных гидроакустических приемников An(n=1, 2, …, N) и N ненаправленных гидроакустических приемников Бn, причем фазовые центры всех 2N гидроакустических приемников равномерно размещены с угловым шагом Δθ=(360/2N)° по окружности диаметром D=λ/4, где λ - длина волны на средней частоте принимаемого сигнала; 2N-канальный блок формирования пространственных каналов, выполненный с возможностью формирования статического веера из 2N пространственных каналов (ПК), с формированием в каждом из ПК диаграммы направленности (ДН) типа «обратная» кардиоида; 2N-канальный блок выбора пространственного канала ПКm, выполненный с возможностью определения ПК с максимальным сигналом и блок формирования значения пеленга θm, соответствующего направлению максимума ДН ПКm; при этом выходы всех 2N гидроакустических приемников соединены с 2N входами блока формирования пространственных каналов, 2N выходов блока формирования пространственных каналов соединены с 2N входами блока выбора пространственного канала ПКm, а выход блока выбора пространственного канала ПКm соединен с входом блока формирования значения пеленга,To solve the problem posed in a direction finder containing a sound-transparent multi-element cylindrical hydroacoustic antenna consisting of N omnidirectional hydroacoustic receivers A n (n = 1, 2, ..., N) and N omnidirectional hydroacoustic receivers B n , and the phase centers of all 2N hydroacoustic receivers are evenly placed with an angular step Δθ=(360/2N)° along a circle with a diameter of D=λ/4, where λ is the wavelength at the average frequency of the received signal; 2N-channel block for generating spatial channels, configured to form a static fan from 2N spatial channels (SC), with the formation in each of the PC of a directional pattern (DP) of the “reverse” cardioid type; 2N-channel block for selecting the spatial channel PC m , configured to determine the PC with the maximum signal and a block for generating the bearing value θ m corresponding to the direction of the maximum DP PC m ; in this case, the outputs of all 2N hydroacoustic receivers are connected to 2N inputs of the spatial channel formation block, 2N outputs of the spatial channel formation block are connected to 2N inputs of the spatial channel selection block PC m , and the output of the spatial channel selection block PC m is connected to the input of the bearing value generation block,

дополнительно введеныadditionally introduced

блок ключей, состоящий из 2N нормально закрытых ключей КлA1, …, КлAN, КлБ1, …, КлБN;a key block consisting of 2N normally closed keys Cl A1, ..., Cl AN , Cl B1, ..., Cl BN ;

блок формирования управляющих сигналов;block for generating control signals;

блок сравнения;comparison block;

блок памяти и блок уточнения пеленга,memory block and bearing clarification block,

при этом все 2N выходов блока формирования пространственных каналов дополнительно соединены с сигнальными входами одноименных ключей КлA1, …, КЛAN, КлБ1, … КлБN;in this case, all 2N outputs of the spatial channel formation block are additionally connected to the signal inputs of the same keys Cl A1, ..., Cl AN , Cl B1 , ... Cl BN ;

выход блока выбора пространственного канала ПКm дополнительно соединен с входом блока формирования управляющих сигналов;the output of the spatial channel selection block PC m is additionally connected to the input of the control signal generation block;

2N выходов блока формирования управляющих сигналов соединены с управляющими входами одноименных ключей, а блок формирования управляющих сигналов выполнен с возможностью открывания двух ключей Кллев и Клпр соответствующих ПК, смежных с каналом ПКm слева (ПКлев) и справа (ПКпр);2N outputs of the control signal generation block are connected to the control inputs of keys of the same name, and the control signal generation block is configured to open two keys Key left and Key right corresponding to PCs adjacent to the channel PC m on the left (PC left ) and on the right (PC right );

выходы 2N ключей соединены с 2N входами блока сравнения, а его выход - с входом блока памяти;the outputs of 2N keys are connected to the 2N inputs of the comparison block, and its output is connected to the input of the memory block;

выход блока формирования значения пеленга соединен с первым входом блока уточнения пеленга, а выход блока памяти соединен со вторым входом блока уточнения пеленга.the output of the bearing value generation block is connected to the first input of the bearing clarification block, and the output of the memory block is connected to the second input of the bearing clarification block.

Технический результат изобретения - повышение точности - обеспечивается тем, что сравниваются между собой сигналы в пространственных каналах, соседних с выбранным каналом ПКm, в котором принимаемый от источника сигнал имеет максимальное значение. При этом к направлению θm вводится поправка, зависящая от разницы напряжений на выходах ПКпр и ПКлев.The technical result of the invention - increasing accuracy - is ensured by comparing signals in spatial channels adjacent to the selected channel PC m , in which the signal received from the source has the maximum value. In this case, a correction is introduced to the direction θ m , depending on the difference in voltages at the outputs of PC right and PC left .

Введение новых признаков обеспечивает значительное повышение точности определения направления на источник сигнала, при этом повышение точности достигается без увеличения количества приемников.The introduction of new features provides a significant increase in the accuracy of determining the direction to the signal source, while the increase in accuracy is achieved without increasing the number of receivers.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4. На фиг. 1 представлена общая функциональная схема устройства; на фиг. 2 показана функциональная схема при выделении каналов ПКпр и ПКлев, сигналы которых используются для уточнения пеленга на источник. На фиг. 3 представлена зависимость, связывающая вводимую угловую поправку с разницей напряжений сигналов от источника, приходящих с пространственных каналов, соседних с каналом ПКm (для ΔU≥0), а на фиг. 4 поясняется принцип определения разности напряжений. На фиг. 4 обозначено: сплошная кривая - угловая зависимость напряжения с канала ПКm, пунктирная линия аналогичная зависимость для правого относительно ПКm канала ПКпр, а штрих-пунктирная линия для левого канала ПКлев.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1-4. In fig. 1 shows the general functional diagram of the device; in fig. Figure 2 shows a functional diagram for selecting the PC pr and PC lev channels, the signals of which are used to clarify the bearing to the source. In fig. Figure 3 shows the dependence connecting the introduced angular correction with the difference in voltages of signals from the source coming from spatial channels adjacent to the PC channel m (for ΔU≥0), and in Fig. 4 explains the principle of determining the voltage difference. In fig. 4 indicated: solid curve - angular dependence of voltage from PC channel m , dotted line a similar dependence for the right channel PC m relative to PC m , and the dash-dotted line for the left channel PC lion .

Пеленгатор состоит из цилиндрической антенны 1 и радиотехнический части. На направляющей цилиндрической антенны расположены гидроакустические приемники ГАПAn 1An а также сдвинутые на 180° гидроакустические приемники ГАПБn 1Бn, (n=1,2, …, N). Радиотехническая часть пеленгатора включает 2N-канальный блок формирования пространственных каналов (БФПК 2), который выполнен с возможностью формирования статического веера ПК, в каждом их которых формируется ДН типа «обратная» кардиоида. БФПК 2 соединен с 2N-канальным блоком выбора пространственного канала (БВПК 3), а также каждый канал БФПК 2 соединен с сигнальными входами одноименных ключей КлАп и КлБn блока ключей 4. Выход БВПК 3 соединен с входом блока формирования управляющих сигналов (БФУС 5) и с входом блока формирования значения пеленга (БФЗП 6).The direction finder consists of a cylindrical antenna 1 and a radio part. On the guide cylindrical antenna there are hydroacoustic receivers HAP An 1 An and also hydroacoustic receivers HAP Bn 1 Bn shifted by 180° (n=1,2, ..., N). The radio engineering part of the direction finder includes a 2N-channel spatial channel formation unit (BFPK 2), which is designed to form a static fan of PCs, in each of which a “reverse” cardioid pattern is formed. BFPK 2 is connected to a 2N-channel spatial channel selection block (BVPK 3), and each channel of BFPK 2 is connected to the signal inputs of the same keys Kl Ap and Kl Bn of key block 4. The output of BVPK 3 is connected to the input of the control signal generation block (BFUS 5 ) and with the input of the bearing value generation block (BFZP 6).

Выход БФУС 5 соединен с 2N управляющими входами блока ключей 4, при этом только по двум каналам передаются управляющие сигналы для открытия двух ключей.The output of BFUS 5 is connected to 2N control inputs of the key block 4, while only two channels transmit control signals to open two keys.

Два выхода открытых ключей блока ключей 4 соединены с входами блока сравнения (БСр 7), а выход БСр 7 соединен с входом блока памяти (БПм 8).Two outputs of the public keys of the key block 4 are connected to the inputs of the comparison block (BSr 7), and the output of the BSr 7 is connected to the input of the memory block (BPm 8).

Выход блока БФЗП 6 соединен с первым входом блока уточнения пеленга (БУП 9), а второй вход БУП 9 соединен с выходом блока БПм 8.The output of the BFZP block 6 is connected to the first input of the bearing clarification block (BUP 9), and the second input of BUP 9 is connected to the output of the BPM 8 block.

С выхода БУП 9 уточненное значение пеленга на источник сигнала θист передается для дальнейшей обработки.From the output of the TCU 9, the updated bearing value is transmitted to the signal source θ source for further processing.

Заявленное устройство комплектуется из известных акустических и радиоэлектронных устройств. Малогабаритные гидроакустические приемники серийно выпускаются отечественной и зарубежной промышленностью. Электронные блоки, входящие в схемы обработки, выполняются как аппаратно-программные средства, причем дополнительно введенные блок ключей 4, блок формирования управляющих сигналов 5, блок передачи значения пеленга 6, блок сравнения 7, блок памяти 8 и блок уточнения пеленга 9 целесообразно формировать на базе средств вычислительной техникиThe claimed device is completed from known acoustic and radio-electronic devices. Small-sized hydroacoustic receivers are mass-produced by domestic and foreign industry. The electronic blocks included in the processing circuits are implemented as hardware and software, and the additionally introduced key block 4, control signal generation block 5, bearing value transmission block 6, comparison block 7, memory block 8 and bearing clarification block 9 should be formed on the basis computer facilities

Предложенный пеленгатор работает следующим образом.The proposed direction finder works as follows.

Акустический сигнал от источника принимается цилиндрической антенной 1, преобразуется в электрический сигнал и поступает на входы многоканального блока формирования пространственных каналов БФПК 2. На выходе БФПК 2 формируется массив сигналов, соответствующий статическому вееру из 2N пространственных каналов (ПК), причем в каждом канале формируется диаграмма направленности (ДН) типа «обратная» кардиоида (описание способа такого формирования и устройства, реализующего этот способ, представлено в патенте РФ № 2793149).The acoustic signal from the source is received by cylindrical antenna 1, converted into an electrical signal and supplied to the inputs of the multichannel block for generating spatial channels BFPK 2. At the output of BFPK 2, an array of signals is formed corresponding to a static fan of 2N spatial channels (SC), and a diagram is formed in each channel directivity (DN) of the “reverse” cardioid type (a description of the method of such formation and the device that implements this method is presented in RF patent No. 2793149).

Массив сигналов от сформированных пространственных каналов передается в 2N-канальный блок выбора пространственного канала (БВПК 3), где из всего массива выбирается максимальный сигнал, соответствующий пространственному каналу ПКm Одновременно с передачей массива сигналов в БВПК 3 эти же сигналы передаются на сигнальные входы одноименных ключей блока ключей 4.An array of signals from the generated spatial channels is transmitted to a 2N-channel spatial channel selection block (BVPK 3), where the maximum signal corresponding to the spatial channel PC m is selected from the entire array. Simultaneously with the transmission of an array of signals to BVPK 3, the same signals are transmitted to the signal inputs of the keys of the same name key block 4.

Из блока БФПК 3 номер канала ПКm передается в блок (см. фиг. 2) формирования управляющих сигналов (БФУС 5) и в блок формирования значения пеленга (БФЗП 6), где по номеру выбранного ПКm формируется направление на источник сигнал θm, в градусах. В блоке БФУС 5 по значению переданного номера ПКm формируются управляющие сигналы для открытия ключей в блоке ключей 4 слева и справа от ключа Клm: соответственно, ключа Кллев и ключа Клпр. Остальные ключи блока ключей 4 остаются закрытыми.From block BFPK 3, the channel number PC m is transmitted to the block (see Fig. 2) for generating control signals (BFUS 5) and to the block for generating the bearing value (BFZP 6), where according to the number of the selected PC m, the direction to the source signal θ m is formed, in degrees. In the BFUS block 5, according to the value of the transmitted PC number m , control signals are generated to open the keys in the key block 4 to the left and right of the key Kl m : respectively, the key Kl left and the key Kl right . The remaining keys of key block 4 remain private.

Через открытые ключи Кллев, Клпр сигналы (напряжения) с пространственных каналов ПКлев,пр попадают на входы блока сравнения БСр 7. В блоке БСр 7 формируется разность напряжений ΔU=Uпр-Uлев, где Uлев - значение напряжения из пространственного канала ПКлев, Unp - значение напряжения из пространственного канала ПКпр (все напряжения в дБ). Вычисленная разность напряжений передается на вход блока памяти БПм 8.Through public keys Kl lev, Kl pr, signals (voltages) from the spatial channels PC lev, pr reach the inputs of the comparison block BSr 7. In the block BSr 7, a voltage difference ΔU=U pr -U left is formed, where U lev is the voltage value from the spatial channel PC left , U np - voltage value from the spatial channel PC right (all voltages in dB). The calculated voltage difference is transmitted to the input of the memory block BPM 8.

Блок памяти БПм 8 предназначен для того, чтобы по величине разности напряжений сигналов от правого и левого пространственных каналов относительно пространственного канала ПКm, равной ΔU и переданной на вход БПм 8, определить поправку по углу пеленгования на источник ξθ. Поправка определяется по зависимости ξθ(ΔU) [см. Кранц В.З., Островский Д.Б. Об использовании кардиоидных диаграмм направленности для пеленгования гидроакустических сигналов // Гидроакустика, 2022, вып. 51(3), с. 5-11]. Таблица значений функции, определяющей зависимость ξθ(ΔU), предварительно загружается в память блока БПм 8, что дает возможность определить поправку ξθ, соответствующую напряжению ΔU (для иллюстрации типовая зависимость поправки ξθ в градусах, от напряжения, в дБ, приведена на фиг. 3).The memory block BPm 8 is designed to determine the correction for the direction finding angle to the source ξ θ from the voltage difference between the signals from the right and left spatial channels relative to the spatial channel PC m , equal to ΔU and transmitted to the input of BPm 8. The correction is determined by the dependence ξ θ (ΔU) [see. Kranz V.Z., Ostrovsky D.B. On the use of cardioid radiation patterns for direction finding of hydroacoustic signals // Hydroacoustics, 2022, no. 51(3), p. 5-11]. The table of values of the function that determines the dependence ξ θ (ΔU) is pre-loaded into the memory of the BPM 8 block, which makes it possible to determine the correction ξ θ corresponding to the voltage ΔU (for illustration, a typical dependence of the correction ξ θ in degrees, on voltage, in dB, is shown in Fig. 3).

На фиг. 4, где представлен фрагмент веера напряжений с пространственных каналов в зависимости от угла прихода сигнала, показано, каким образом определяется величина ΔU. Как было указано, максимальное значение сигнала от источника зафиксировано в ПКm, ось ДН этого канала в направлении θm. Однако, направление на источник θист может не совпадать с θm, а находиться в угловых пределах, равных ширине максимума ДН. Представленные на фиг. 4 кривые не примыкают друг к другу, а пересекаются, откуда следует, что сигналы меньшего уровня, чем в ПКm, будут также обнаружены в каналах ПКлев и ПКпр, соответствующие уровни напряжения отмечены на линии θист точками. Точкам пересечения кривых зависимостей от угла напряжений каналов ПКпр и ПКлев с линией θист соответствуют напряжения Unp и Uлев., по которым определяется разность ΔU.In fig. Figure 4, which shows a fragment of the voltage fan from spatial channels depending on the angle of arrival of the signal, shows how the value of ΔU is determined. As was indicated, the maximum value of the signal from the source is fixed in PC m , the axis of the pattern of this channel is in the direction of θ m . However, the direction to the source θ source may not coincide with θ m , but be within angular limits equal to the width of the BP maximum. Shown in FIGS. 4, the curves do not adjoin each other, but intersect, from which it follows that signals of a lower level than in PC m will also be detected in the channels PC left and PC right , the corresponding voltage levels are marked on the line θ source with dots. The points of intersection of the curves of the dependences on the voltage angle of the PC pr and PC left channels with the line θ source correspond to the voltages U np and U left , from which the difference ΔU is determined.

Грубое значение пеленга θm (в градусах) с выхода блока БФЗП 6 поступает на первый вход блока уточнения пеленга БУП 9; на его второй вход поступает поправка ξθ, также в градусах. Направление на источник θист определяется в блоке БУП 9 по формуле θистmθ.The rough value of the bearing θ m (in degrees) from the output of the BFZP block 6 is supplied to the first input of the bearing clarification block BUP 9; its second input receives a correction ξ θ , also in degrees. The direction to the source θ source is determined in block BUP 9 by the formula θ sourcemθ .

Таким образом, достигается заявленный технический эффект, состоящий в существенном повышении точности пеленгования, при этом сохраняются габариты антенны, общее количество приемников, отсутствует необходимость в экранировании приемников.Thus, the declared technical effect is achieved, consisting of a significant increase in direction finding accuracy, while maintaining the dimensions of the antenna, the total number of receivers, and there is no need for shielding of the receivers.

Заявленный гидроакустический пеленгатор может быть использован для наблюдения за подводной обстановкой при установке на малогабаритных носителях, где отсутствует возможность размещения антенн большого диаметра, в том числе для донных гидрофизических станций и опускаемых с вертолетов гидроакустических станций.The claimed hydroacoustic direction finder can be used to monitor the underwater situation when installed on small-sized carriers where there is no possibility of placing large-diameter antennas, including for bottom hydrophysical stations and hydroacoustic stations lowered from helicopters.

Claims (1)

Пеленгатор гидроакустических сигналов, содержащий звукопрозрачную многоэлементную цилиндрическую гидроакустическую антенну, состоящую из N ненаправленных гидроакустических приемников Аn (n=1, 2, …, N) и N ненаправленных гидроакустических приемников Бn, причем фазовые центры всех 2N гидроакустических приемников равномерно размещены с угловым шагом Δθ=360/2N по окружности диаметром D=λ/4, где λ - длина волны на средней частоте принимаемого сигнала; 2N-канальный блок формирования пространственных каналов, выполненный с возможностью формирования статического веера из 2N пространственных каналов (ПК), с формированием в каждом из ПК диаграммы направленности (ДН) типа «обратная» кардиоида; 2N-канальный блок выбора пространственного канала ПКm с максимальным сигналом и блок формирования значения пеленга θm, соответствующего направлению максимума ДН ПКm, при этом выходы всех 2N гидроакустических приемников соединены с 2N входами блока формирования пространственных каналов, 2N выходов блока формирования пространственных каналов соединены с 2N входами блока выбора пространственного канала ПКm, а выход блока выбора пространственного канала ПКm соединен с входом блока формирования значения пеленга, отличающийся тем, что в пеленгатор гидроакустических сигналов введены блок ключей, содержащий 2N нормально закрытых ключей КлА1, …, КлAN, КлБ1, …, КлБN, блок формирования управляющих сигналов, блок сравнения, блок памяти и блок уточнения пеленга, при этом все 2N выходов блока формирования пространственных каналов дополнительно соединены с сигнальными входами одноименных ключей КлА1, …, КлAN, КлБ1, …, КлБN; выход блока выбора пространственного канала ПКm дополнительно соединен с входом блока формирования управляющих сигналов, 2N выходов блока формирования управляющих сигналов соединены с управляющими входами одноименных ключей, а блок формирования управляющих сигналов выполнен с возможностью открывания двух ключей Клл и Клп, соответствующих ПК, смежных с каналом ПКm слева (ПКлев) и справа (ПКпр), выходы 2N ключей соединены с 2N входами блока сравнения, а его выход - с входом блока памяти, выход блока формирования значения пеленга соединен с первым входом блока уточнения пеленга, а выход блока памяти соединен со вторым входом блока уточнения пеленга.A direction finder of hydroacoustic signals containing a sound-transparent multi-element cylindrical hydroacoustic antenna consisting of N omnidirectional hydroacoustic receivers A n (n=1, 2, ..., N) and N omnidirectional hydroacoustic receivers B n , and the phase centers of all 2N hydroacoustic receivers are evenly spaced with an angular step Δθ=360/2N along a circle with diameter D=λ/4, where λ is the wavelength at the average frequency of the received signal; 2N-channel unit for generating spatial channels, configured to form a static fan from 2N spatial channels (SC), with the formation in each of the PC of a directional pattern (DP) of the “reverse” cardioid type; A 2N-channel block for selecting a spatial channel PC m with a maximum signal and a block for generating a bearing value θ m corresponding to the direction of the maximum DP PC m , while the outputs of all 2N hydroacoustic receivers are connected to the 2N inputs of the spatial channel formation block, 2N outputs of the spatial channel formation block are connected with 2N inputs of the spatial channel selection block PC m , and the output of the spatial channel selection block PC m is connected to the input of the bearing value generation block, characterized in that a key block containing 2N normally closed keys Cl A1 , ..., Cl AN is introduced into the hydroacoustic signal direction finder , Cl B1 , ..., Cl BN, control signal generation block, comparison block, memory block and bearing clarification block, while all 2N outputs of the spatial channel generation block are additionally connected to the signal inputs of the same name keys Cl A1 , ..., Cl AN, Cl B1 , …, Cl BN ; the output of the spatial channel selection block PC m is additionally connected to the input of the control signal generation block, 2N outputs of the control signal generation block are connected to the control inputs of keys of the same name, and the control signal generation block is configured to open two keys Cl l and Cl p corresponding to the PC adjacent with channel PC m on the left (PC lev ) and on the right (PC pr ), the outputs of 2N keys are connected to the 2N inputs of the comparison block, and its output is connected to the input of the memory block, the output of the bearing value generation block is connected to the first input of the bearing clarification block, and the output The memory block is connected to the second input of the bearing clarification block.
RU2023115375A 2023-06-09 Direction finder of hydroacoustic signals, forming static fan of spatial channels RU2810695C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2810695C1 true RU2810695C1 (en) 2023-12-28

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2078348C1 (en) * 1993-03-22 1997-04-27 Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Double-channel direction finder
RU2158430C2 (en) * 1998-12-30 2000-10-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Method determining bearing on radiation source and device for its realization
SU1840389A1 (en) * 1985-01-03 2006-11-20 ФГУП "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Amplitude finder of locations of active jamming devices
US10877124B1 (en) * 2020-06-23 2020-12-29 Charles A Uzes System for receiving communications
RU2793149C1 (en) * 2022-08-03 2023-03-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Small-sized direction finder of hydroacoustic signals

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1840389A1 (en) * 1985-01-03 2006-11-20 ФГУП "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Amplitude finder of locations of active jamming devices
RU2078348C1 (en) * 1993-03-22 1997-04-27 Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Double-channel direction finder
RU2158430C2 (en) * 1998-12-30 2000-10-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Method determining bearing on radiation source and device for its realization
US10877124B1 (en) * 2020-06-23 2020-12-29 Charles A Uzes System for receiving communications
RU2793149C1 (en) * 2022-08-03 2023-03-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Small-sized direction finder of hydroacoustic signals
RU2795375C1 (en) * 2022-11-16 2023-05-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий им. академика М.Д. Агеева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Hydroacoustic complex for detecting a moving underwater sound source, measuring the bearing to the sound source and the horizon of the sound source in the shallow sea in the infrasonic frequency range

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7792313B2 (en) High precision beamsteerer based on fixed beamforming approach beampatterns
US7852709B1 (en) Sonar system and process
Doisy et al. Reverberation suppression using wideband Doppler-sensitive pulses
RU2515179C1 (en) Method of determining direction of hydroacoustic transponder in multibeam navigation signal propagation conditions
RU2810695C1 (en) Direction finder of hydroacoustic signals, forming static fan of spatial channels
RU2659186C1 (en) Marine object noise emission level recording method
RU2723145C1 (en) Method and device for detecting noisy objects in the sea with onboard antenna
CN112881975A (en) Single pulse sum and difference beam angle measurement method based on subarray characteristic matrix joint diagonalization
US6021096A (en) Method for the formation of radiated beams in direction finder systems
US6377212B1 (en) Radar apparatus employing a sidelobe blanking system
Kaouri et al. Determining the probability of correct resolution of the left–right ambiguity in towed array sonar
US7228236B2 (en) Subarray matching beamformer apparatus and method
RU2793149C1 (en) Small-sized direction finder of hydroacoustic signals
RU2603228C1 (en) Method of processing sonar information
RU2591030C1 (en) Hydroacoustic system for detection of moving sound source, measurement of azimuth angle of source and horizon of sound source in shallow sea
JP7238516B2 (en) Sonar device and target detection method using the same
KR101961804B1 (en) Sidelobe recognition apparatus and method of sum-delta monopulse using interferometer
JP7447513B2 (en) Sonar device and target direction calculation method and program
RU2820807C1 (en) Method of determining coordinates of noisy objects using vertically developed on-board antennas of hydroacoustic systems
RU2699028C1 (en) Method for direction-finding of a source of active interference
US6240050B1 (en) Method of resetting sonar images using secondary antenna
RU2767397C1 (en) Hydroacoustic complex for detecting a moving underwater sound source and measuring its coordinates in a passive mode
Zhou et al. A Near-Field Interference Recognition Method Based on Split Beam
RU2770564C1 (en) Hydroacoustic complex for detecting a moving underwater sound source and measuring its coordinates
RU2788079C1 (en) Method for direction finding of radio emission sources