RU2820807C1 - Способ определения координат шумящих объектов с использованием вертикально развитых бортовых антенн гидроакустических комплексов - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано для решения задач пассивного определения координат шумящих объектов, а именно дистанции и глубины при распространении гидроакустических сигналов в море. Технический результат: повышение точности определения координат шумящих объектов. Сущность: указанный технический результат достигается путем формирования экспоненциальной функции для каждого КМ из массивов задержек и интенсивностей КМ принятого сигнала, формирования объединенной ВКФ принятого сигнала для каждого яруса ВВХН относительно двух углов с максимальным отношением сигнал/шум (УН1 и УН2) путем суммирования значений функций всех КМ для каждой точки по времени, в соответствии с шагом квантования, вычисления для каждой точки области возможного местоположения цели значения ОСП в трех частотных диапазонах (ЧД), вычисления для каждой точки области возможного местоположения цели энергетической структуры сигнала и интенсивностей каждого расчетного КМ для всех возможных сочетаний пар ярусов ВВХН в трех ЧД для единичной шумности цели, выбора интенсивностей КМ, вычисленных для пар ярусов, когда первым в этой паре является УН1 или УН2, а ЧД соответствует оптимальному ЧД принятого сигнала, нормировки выбранных интенсивностей с использованием значений ОСП принятого сигнала в оптимальном ЧД и соответствующих ярусах и расчетных значений ОСП для соответствующей точки, вычисленных в ЧД, соответствующем оптимальному ЧД принятого сигнала, и соответствующих ярусах, формирования экспоненциальных функций для всех расчетных КМ, формирования для каждой точки области расчетных ВКФ путем суммирования значений функций всех расчетных КМ для соответствующих пар ярусов для этой точки, обнуления значений ВКФ в окрестности тех точек по времени, в которых значения интенсивностей КМ не превышают пороговое значение для обнаружения КМ в ВКФ тракта ВВХН ШПС, вычисления для каждой точки области суммарного коэффициента корреляции между сформированными для нее расчетными ВКФ и объединенными ВКФ принятого сигнала и определения координат шумящего в море объекта путем выбора координат той точки его возможного местоположения в пространстве «дистанция-глубина», для которой получено наибольшее значение суммарного коэффициента корреляции. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано для решения задач пассивного определения координат шумящих объектов, а именно, дистанции и глубины при распространении гидроакустических сигналов в море.

Известны способы пассивного определения координат (дистанции и глубины) шумящих в море объектов, которые базируются на использовании измеренной корреляционной функции (КФ) принятого акустического сигнала. Информация о координатах источника сигнала в КФ заключена в расположении на оси абсцисс (времени) узкополосных корреляционных максимумов (КМ), обусловленных интерференцией коррелированных сигналов источника, пришедших на вход приемной гидроакустической антенны шумопеленгаторной станции (ШПС) по различным лучевым траекториям. Каждой паре лучей в КФ (при достаточном отношении сигнал/помеха (ОСП)) соответствует один КМ с шириной, равной обратной величине эффективной полосы частот сигнала на входе антенны, и положением на оси абсцисс, равным абсолютной величине задержки по времени хода этой пары лучей [Машошин А.И. Исследование условий применимости корреляционной функции широкополосного многолучевого сигнала для оценки координат источника // Акустический журнал. - 2017. - Т. 63. - №. 3. - С. 307-313].

Эти способы можно разделить на две группы в зависимости от алгоритма вычисления КФ.

Известны способы, в которых для определения координат шумящих в море объектов вычисляют автокорреляционную функцию (АКФ) сигнала на выходе одного пространственного канала (ПК) [Hassab I.C. Contact localization and motion analysis in the ocean environment: a perspective //IEEE Journal of Oceanic Engineering. - 1983. - T. 8. - №. 3. C. 136-147; Quazi A.H., Lerro D.T. Passive localization using time-delay estimates with sensor positional errors // The Journal of the Acoustical Society of America. - 1985. - T. 78. - №. 5. - C. 1664-1670; Worthmann B.M., Song H.C., Dowling D.R. High frequency source localization in a shallow ocean sound channel using frequency difference matched field processing //The Journal of the Acoustical Society of America. - 2015. - T. 138. - №. 6. - C. 3549-3562; Машошин АИ, Мельканович ВС; Акционерное общество «Концерн «Центральный научно-исследовательский институт «Электроприбор», Способ определения координат морской шумящей цели. Патент №2690223 РФ, МПК G01S 15/00. №2018131060; Заявл. 28.08.2018; Опубл. 31.05.2019, Бюл. №16; Зеленкова ИД, Афанасьев АН, Корецкая АС; Акционерное общество «Концерн «Океанприбор». Способ определения координат морской шумящей цели. Патент №2740169 РФ, МПК G01S 15/00. №2020125443; Заявл. 23.07.2020; Опубл. 12.01.2021, Бюл. №2; Зеленкова ИД, Корецкая АС; Акционерное общество «Концерн «Океанприбор». Способ определения координат морской шумящей цели. Патент №2782843 РФ, МПК G01S 15/00. №2021130846; Заявлю 20.10.2021; Опубл. 03.11.2022, Бюл. №31].

Способы этой группы применяются, когда звуковой сигнал принимают антенной, не развитой в вертикальной плоскости (горизонтальной линейной антенной). В этом случае в приемном тракте в вертикальной плоскости формируется единственный ПК с широкой характеристикой направленности с перестраиваемым углом приема в вертикальной плоскости. При использовании сигнала единственного ПК для вычисления АКФ теряется большое количество информации о принятом сигнале и снижается помехоустойчивость, что приводит к снижению точности оценки координат.

Вторая группа способов для определения координат шумящих в море объектов использует взаимно корреляционную функцию (ВКФ) сигнала на выходе двух сформированных в приемном тракте ПК, одинаково ориентированных на источник сигнала в горизонтальном направлении. В вертикальном направлении ПК ориентированы на максимумы пространственного спектра принимаемого сигнала [Машошин А.И. Исследование условий применимости корреляционной функции широкополосного многолучевого сигнала для оценки координат источника //Акустический журнал. - 2017. - Т. 63. - №. 3. - С. 307-313].

Известен способ определения координат шумящего в море объекта, использующий ВКФ сигнала, принятого пространственно развитой в вертикальной и горизонтальной плоскостях антенной [Баронкин ВМ, Галкин ОП, Гладилин АВ, Микрюков АВ, Попов ОЕ; Акционерное общество «Акустический институт имени академика Н.Н. Акимова». Способ пассивного определения координат шумящего в море объекта. Патент №2602732 РФ, МПК G01S 3/80. №2015125043/28; Заявл. 25.06.2015; Опубл. 20.11.2016, Бюл. №32], в котором измеряют углы прихода лучей и задержки по времени хода всех пар лучей по положению максимумов ВКФ на временной оси, а также отношения усредненных значений энергий для каждой пары лучей, рассчитывают от точки расположения приемной антенны лучевые траектории для измеренных углов прихода лучей в вертикальной плоскости, находят дистанции и глубины точек пересечения траекторий и определяют координаты шумящего в море объекта по точке пересечения лучевых траекторий, для которой оказываются наиболее близкими измеренные и рассчитанные значения отношений энергий и задержки по времени хода всех пар лучей.

Прием гидроакустических сигналов антенной, развитой в вертикальной плоскости, позволяет сформировать статический многоярусный вертикальный веер ХН (ВВХН), в котором часть ПК будет сориентирована в сторону поверхности, а часть в сторону дна. ХН узкие и избирательны по углам приема, что обеспечивает высокую помехоустойчивость (много сигнала и мало помехи) и, следовательно, большую дальность обнаружения. Кроме того ориентация ПК в пространстве на углы приема в диапазоне от - 20° до +20° относительно горизонта позволяет перекрыть практически весь сектор приема донных и поверхностных лучей практически во всех типах гидроакустических условий (ГАУ) и осуществить оптимальный прием, с точки зрения помехоустойчивости, каждой группы лучей.

Но определение координат шумящего в море объекта описанным способом требует очень точного измерения углов прихода лучей (точность 5-10 минут), что может быть обеспечено при использовании вертикальной антенны высотой порядка 20-25 метров, что тактически невозможно. Погрешность измерения углов прихода лучей приводит к ошибкам в расчете лучевых траекторий и определении точек их пересечения, что приводит к ошибкам определения координат шумящего в море объекта.

Известен способ определения координат шумящего в море объекта [Зеленкова ИД, Корецкая АС; Акционерное общество «Концерн «Океанприбор». Способ пассивного определения координат шумящего в море объекта. Патент №2764386 РФ, МПК G01S 3/80. №2021109453; Заявл. 05.04.2021; Опубл. 17.01.2022, Бюл. №2], в котором сигнал шумящего в море объекта обнаруживают на выходе приемного тракта ШПС статическим многоярусным веером ХН, сформированным в вертикальной плоскости, определяют два угла приема сигнала с максимальным отношением сигнал/помеха (УН1 и УН2), измеряют набор ВКФ сигнала каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2 на интервале анализа, выполняют обнаружение в каждой из измеренных ВКФ КМ, измеряют их абсциссы, представляющие собой задержки по времени хода всех пар лучей, формирующих принятый сигнал (далее - задержки КМ), объединяют задержки КМ, обнаруженные во всех измеренных ВКФ на интервале анализа, в два массива задержек КМ принятого сигнала (для УН1 и для УН2), определяют область возможного местоположения шумящего в море объекта в пространстве «дистанция-глубина», вычисляют для каждой точки этой области с учетом текущих ГАУ лучевую структуру сигнала на входе антенны ШПС, вычисляют задержки по времени хода всех пар лучей вычисленной лучевой структуры и объединяют их в массив задержек расчетных КМ, вычисляют для каждой точки области суммарный коэффициент корреляции между сформированными для нее массивами задержек КМ принятого сигнала и массивом задержек расчетных КМ и определяют координаты шумящего в море объекта путем выбора координат той точки его возможного местоположения в пространстве «дистанция-глубина», для которой получено наибольшее значение суммарного коэффициента корреляции.

Использование массивов значений задержек КМ, измеренных с высокой точностью за счет высокой разрешающей способности вычисления ВКФ, позволяет существенно повысить точность определения координат шумящего в море объекта. Но в ряде случаев информации о задержках КМ, измеренных в ВКФ принятого сигнала, оказывается недостаточно для устранения неоднозначности оценки местоположения шумящего в море объекта, связанной с циклическим ходом лучей при дальнем распространении звука в условиях глубокого моря и наличием нескольких точек пересечения лучевых траекторий, которым соответствуют одинаковые значения задержек КМ [Какалов В.А. О реализации согласованной со средой фильтрации гидроакустического сигнала от источника // Гидроакустика. - 2021. №. 45. С. 22-30]. Если в измеренных ВКФ сигнала обнаруживается малое количество КМ, и однозначно определить координаты шумящего в море объекта с использованием только значений задержек КМ не представляется возможным, описанный способ выбирает среди близких значений суммарного коэффициента корреляции единственное решение, которое в ряде случаев оказывается ошибочным.

Наиболее близким аналогом по количеству общих признаков и решаемым задачам к предлагаемому изобретению является способ пассивного определения координат шумящего в море объекта [Корецкая АС, Зеленкова ИД; Акционерное общество «Концерн «Океанприбор». Способ пассивного определения координат шумящего в море объекта. Патент №2797780 РФ, МПК G01S 3/80. №2022125951; Заявл. 04.10.2022; Опубл. 08.06.2023, Бюл. №16], которое принято за прототип.

Способ по патенту №2797780 включает:

- обнаружение широкополосного сигнала шумящего в море объекта на выходе приемного тракта ВВХН ШПС;

- определение двух углов (ярусов) приема сигнала с максимальным отношением сигнал/помеха (УН1 и УН2);

- измерение набора ВКФ сигнала каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2 на интервале анализа;

- обнаружение в каждой из измеренных ВКФ КМ, измерение их абсцисс (далее -задержек КМ) и интенсивностей;

- формирование для каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2 массива задержек и массива интенсивностей КМ принятого сигнала путем объединения задержек и интенсивностей КМ, обнаруженных на интервале анализа для соответствующей пары ярусов;

- измерение скорости звука в воде в зависимости от глубины и волнения поверхности моря;

- по измеренным данным и известным характеристикам дна расчет сигнала шумящего объекта, решение уравнения гидроакустики для шумящего в море объекта;

- определение области возможного местоположения шумящего в море объекта в пространстве «дистанция-глубина»;

- вычисление для каждой точки этой области с учетом текущих ГАУ лучевой и энергетической структуры сигнала на выходе пространственных каналов ярусов ВВХН ШПС;

- вычисление для каждой точки этой области задержек по времени хода всех пар лучей вычисленной лучевой структуры и их объединение в массив задержек расчетных КМ;

- вычисление для каждой точки этой области и для каждой пары лучей вычисленной лучевой структуры интенсивностей каждого расчетного КМ для всех возможных сочетаний пар ярусов ВВХН;

- выбор интенсивностей КМ, вычисленных для пар ярусов, когда первым в этой паре является УН1 или УН2 и объединение их в массивы интенсивностей расчетных КМ для соответствующих пар ярусов;

- вычисление для каждой точки области суммарного коэффициента корреляции между сформированными для нее массивами задержек и интенсивностей расчетных КМ и массивами задержек и интенсивностей КМ принятого сигнала;

- принятие в качестве координат шумящего в море объекта координат той точки его возможного местоположения в пространстве «дистанция-глубина», для которой получено наибольшее значение суммарного коэффициента корреляции.

Использование интенсивностей КМ при их сопоставлении в большинстве случаев позволяет устранить неоднозначность оценки местоположения шумящего в море объекта. Но сопоставление интенсивностей КМ напрямую, как описано в способе-прототипе, значительно снижает точность оценки координат источника сигнала по причине того, что один КМ в измеренной ВКФ может быть образован не одной парой лучей, а группой лучей, мало различающихся по времени и углу прихода. Это особенно характерно для условий сплошной акустической освещенности, вычисление лучевой структуры для которых показывает, что из каждой точки области возможного местоположения шумящего в море объекта приходит несколько десятков или даже сотен лучей, которые порождают набор из сотен КМ [Корецкая А.С, Мельканович B.C. Об одном подходе к реализации алгоритма определения координат источника гидроакустического сигнала в пассивном режиме в условиях сплошной акустической освещенности //Гидроакустика. - 2018. - №. 34. - С. 76-81]. В свою очередь, количество КМ, которое потенциально может быть обнаружено в измеренных ВКФ, как правило, не превышает 7-ми в глубоком море и 17-ти в мелком [Машошин А.И. Исследование условий применимости корреляционной функции широкополосного многолучевого сигнала для оценки координат источника // Акустический журнал. - 2017. - Т. 63. - №. 3. - С. 307-313]. Кроме того, в способе-прототипе не учитывается влияние шумности цели на возможность обнаружения КМ в текущей сигнало-помеховой ситуации (СПС), что также снижает точность оценки координат источника сигнала.

Таким образом, недостаток способа-прототипа заключается в том, что при формировании массивов интенсивностей расчетных КМ не осуществляется объединение КМ, имеющих близкие значения задержек, и не исключается влияние шумности цели на возможность обнаружения КМ в текущей СПС, что снижает точность оценки координат источника сигнала.

Задачей изобретения является - повышение эксплуатационных характеристик шумопеленгаторной станции.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение точности определения координат шумящего в море объекта.

Для достижения данного технического результата в способ пассивного определения координат шумящего в море объекта, включающий прием гидроакустических сигналов пространственно развитой в вертикальной и горизонтальной плоскостях антенной, усиление, фильтрацию в полосе частот, оцифровку и пространственно-временную обработку принятых сигналов, формирование статического многоярусного веера характеристик направленности в вертикальной плоскости (ВВХН), определение двух углов (ярусов) приема сигнала с максимальным отношением сигнал/помеха (УН1 и УН2), измерение набора взаимно корреляционных функций (ВКФ) сигнала каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2 на интервале анализа, обнаружение в каждой из измеренных ВКФ корреляционных максимумов (КМ), измерение значений их абсцисс, представляющих собой задержки по времени хода пар лучей (далее - задержки КМ), и интенсивностей, формирование для каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2 массива задержек и массива интенсивностей КМ принятого сигнала путем объединения задержек и интенсивностей КМ, обнаруженных на интервале анализа для соответствующей пары ярусов, измерение скорости звука в воде в зависимости от глубины и волнения поверхности моря, по измеренным данным и известным характеристикам дна расчет сигнала шумящего объекта, решение уравнения гидроакустики в пассивном режиме для шумящего в море объекта, определение области возможного местоположения шумящего в море объекта в пространстве «дистанция-глубина», вычисление для каждой точки этой области с учетом текущих гидроакустических условий лучевой и энергетической структуры сигнала на выходе пространственных каналов ярусов ВВХН ШПС, вычисление для каждой точки этой области задержек по времени хода всех пар лучей вычисленной лучевой структуры и их объединение в массив задержек расчетных КМ, вычисление для каждой точки этой области и для каждой пары лучей вычисленной лучевой структуры интенсивности каждого расчетного КМ для всех возможных сочетаний пар ярусов ВВХН ШПС, выбор интенсивностей КМ, вычисленных для пар ярусов, когда первым в этой паре является УН1 или УН2 и объединение их в массивы интенсивностей расчетных КМ для соответствующих пар ярусов введены новые признаки, а именно: формирование экспоненциальной функции для каждого КМ из сформированных массивов задержек и интенсивностей КМ принятого сигнала, формирование объединенной ВКФ принятого сигнала для каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2 путем суммирования значений экспоненциальных функций всех КМ для каждой точки по времени, в соответствии с шагом квантования, вычисление для каждой точки области возможного местоположения цели значения ОСП в трех частотных диапазонах (ЧД), вычисление для каждой точки области возможного местоположения цели энергетической структуры сигнала и интенсивностей каждого расчетного КМ для всех возможных сочетаний пар ярусов ВВХН в трех ЧД для единичной шумности цели, выбор интенсивностей КМ, вычисленных для пар ярусов, когда первым в этой паре является УН1 или УН2, а ЧД соответствует оптимальному ЧД принятого сигнала, нормировка выбранных интенсивностей с использованием значений ОСП принятого сигнала в оптимальном ЧД и соответствующих ярусах и расчетных значений ОСП для соответствующей точки, вычисленных в ЧД, соответствующем оптимальному ЧД принятого сигнала, и соответствующих ярусах (перед объединением их в массивы интенсивностей расчетных КМ), формирование экспоненциальных функций для всех расчетных КМ, формирование для каждой точки области расчетных ВКФ путем суммирования значений функций всех расчетных КМ для соответствующих пар ярусов для этой точки, обнуление значений ВКФ в окрестности тех точек по времени, в которых значения интенсивностей КМ не превышают пороговое значение для обнаружения КМ в ВКФ тракта ВВХН ШПС, вычисление для каждой точки области суммарного коэффициента корреляции между сформированными для нее расчетными ВКФ и объединенными ВКФ принятого сигнала, определение координат шумящего в море объекта путем выбора координат той точки его возможного местоположения в пространстве «дистанция-глубина», для которой получено наибольшее значение суммарного коэффициента корреляции.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что:

- нормировка значений интенсивности каждого расчетного КМ с использованием значений ОСП сигнала, принятого от цели неизвестной шумности, и значений ОСП, рассчитанных для соответствующей точки для цели единичной шумности, позволяет избежать использования в расчетных соотношениях неизвестного параметра шумность цели и привести значения интенсивностей расчетных КМ в соответствие с интенсивностями КМ принятого сигнала с учетом текущей СПС;

- формирование экспоненциальных функций для всех расчетных КМ позволяет спрогнозировать их ширину и амплитуду в зависимости от частоты сигнала, принятого антенной ШПС и частоты квантования при частотно-временной обработке сигнала в ШПС;

- формирование для каждой точки области расчетных ВКФ путем суммирования значений функций всех расчетных КМ для соответствующих пар ярусов для этой точки, позволяет наилучшим образом объединить КМ, которые имеют близкие значения задержек и в принятых ВКФ будут накладываться друг на друга с увеличением интенсивности;

- обнуление значений ВКФ в окрестности тех точек по времени, в которых значения интенсивностей КМ не превышают пороговое значение для обнаружения КМ в ВКФ тракта ШПС, позволяет исключить из ВКФ те КМ, которые не могут быть обнаружены из-за их малой интенсивности. Меняя уровень порога обнаружения КМ в ВКФ, относительно порога для единичной шумности цели, возможно формирование расчетных ВКФ для малошумных целей (увеличение порога) и сильно шумящих (снижение порога);

- формирование экспоненциальных функций для каждого КМ из сформированных массивов задержек и интенсивностей КМ принятого сигнала обеспечивает соответствие формы КМ в расчетных ВКФ и в объединенных ВКФ принятого сигнала для их сопоставления путем вычисления коэффициента корреляции.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где приведена блок - схема обработки сигналов в соответствии с предлагаемым способом.

При реализации способа (фиг. 1) обработка ведется на первоначальном этапе двумя параллельными ветвями.

Первая ветвь включает в себя последовательно выполняемые операции: обнаружение широкополосного сигнала шумящего в море объекта на выходе приемного тракта ВВХН ШПС, определение оптимального ЧД и двух углов приема сигнала с максимальным ОСП (УН1 и УН2) (блок 1.1); измерение набора ВКФ сигнала каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2 на интервале анализа, обнаружение в каждой из измеренных ВКФ КМ, измерение их абсцисс (задержек КМ) и интенсивностей (блок 1.2); формирование для каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2 массива задержек и массива интенсивностей КМ принятого сигнала путем объединения задержек и интенсивностей КМ, обнаруженных на интервале анализа для соответствующей пары ярусов (блок 1.3); формирование экспоненциальной функции для каждого КМ из сформированных массивов (блок 1.4); формирование объединенной ВКФ принятого сигнала для каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2 путем суммирования значений функций всех КМ для каждой точки по времени, в соответствии с шагом квантования (блок 1.5).

Выполнение перечисленных операций обеспечивает формирование объединенных ВКФ принятого сигнала, используемых для сопоставления с расчетными ВКФ, полученными на основе расчетных данных, формируемых блоками второй ветви.

Вторая ветвь включает в себя операции: измерение скорости звука в воде в зависимости от глубины и волнения поверхности моря (блок 2.1); по измеренным данным и известным характеристикам дна расчет сигнала шумящего объекта, решение уравнения гидроакустики для шумящего в море объекта, определение области возможного местоположения шумящего в море объекта в пространстве «дистанция-глубина» (блок 2.2); вычисление для каждой точки этой области с учетом текущих ГАУ лучевой, энергетической структуры сигнала и значений ОСП в трех ЧД для единичной шумности цели на выходе пространственных каналов ярусов ВВХН ШПС, вычисление для каждой пары лучей задержек по времени хода и их интенсивностей в трех ЧД для всех возможных сочетаний пар ярусов ВВХН (блок 2.3); выбор интенсивностей КМ, вычисленных для пар ярусов, когда первым в этой паре является УН1 или УН2, а ЧД соответствует оптимальному ЧД принятого сигнала, нормировка выбранных интенсивностей с использованием значений ОСП принятого сигнала в оптимальном ЧД и соответствующих ярусах и расчетных значений ОСП для соответствующей точки, вычисленных в ЧД, соответствующем оптимальному ЧД принятого сигнала, и соответствующих ярусах и объединение их в массивы интенсивностей расчетных КМ для соответствующих пар ярусов (блок 2.4); формирование экспоненциальных функций для всех расчетных КМ, формирование для каждой точки области расчетных ВКФ путем суммирования значений функций всех расчетных КМ для соответствующих пар ярусов для этой точки (блок 2.5); обнуление значений ВКФ в окрестности тех точек по времени, в которых значения интенсивностей КМ не превышают пороговое значение для обнаружения КМ в ВКФ тракта ВВХН ШПС (блок 2.6).

Блоки 2.1-2.3 второй ветви могут быть выполнены однократно для текущего состояния гидроакустических условий, определяющего лучевую структуру сигналов. Для выполнения операции 2.4 необходимо получить из блока 1.1 первой ветви номер оптимального ЧД и номера ярусов приема сигнала с максимальным отношением сигнал/помеха (УН1 и УН2). Выполнение операций второй ветви обеспечивает формирование для каждой точки возможного местоположения шумящего объекта расчетных ВКФ, которые используются для сопоставления с объединенными ВКФ принятого сигнала, сформированными первой ветвью.

Сопоставление выполняется последовательно расположенными блоками 3 и 4, выполняющими операции вычисления для каждой точки области суммарного коэффициента корреляции между сформированными для нее расчетными ВКФ и объединенными ВКФ принятого сигнала (блок 3) и, наконец, операцию определения координат шумящего в море объекта путем выбора координат той точки его возможного местоположения в пространстве «дистанция-глубина», для которой получено наибольшее значение суммарного коэффициента корреляции (блок 4).

Предложенный способ может быть реализован посредством известной в гидроакустике аппаратуры, например гидроакустическая антенна ШПС известна из [Литвиненко СЛ; Открытое акционерное общество «НИИ гидросвязи «Штиль». Сферическая гидроакустическая антенна. Патент РФ №2515133 РФ, МПК G01S 15/00. №2012147941/28; Заявл. 13.11.2012; Опубл. 10.05.2014, Бюл. №13], а формирование статического многоярусного веера характеристик направленности в вертикальной плоскости может быть выполнено согласно [Баскин ВВ, Гришман ГД, Казаков МН, Криницкий AM, Леоненок БИ, Смарышев МД; ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт «Морфизприбор». Способ формирования частотно-независимой характеристики направленности рабочим сектором многоэлементной гидроакустической приемной круговой антенны. Патент №2293449 РФ, МПК H04R 1/44, G01S 15/02. №2005113363/09; Заявл. 03.06.2005; Опубл. 10.02.2007, Бюл. №4].

Гидроакустические измерители скорости звука в воде являются известными устройствами, они серийно выпускаются и устанавливаются совместно с гидроакустической аппаратурой [Комляков В.А. Корабельные средства измерения скорости звука и моделирование акустических полей в океане. - СПб.: Наука. - 2003. - С. 169-227].

Определение области возможного местоположения шумящего в море объекта в пространстве «дистанция-глубина» выполняется с использованием значений ОСП, рассчитанных для всех возможных положений объекта путем решения уравнения гидроакустики. Возможность обнаружения объекта в конкретной точке в текущих ГАУ определяется путем сопоставления значения ОСП, рассчитанного для этой точки, с пороговым значением ОСП.

Вычисление лучевой, энергетической структуры сигнала и значений ОСП в трех ЧД на выходе пространственных каналов ярусов ВВХН ШПС и вычисление задержек и интенсивностей расчетных КМ может быть выполнено согласно [Авилов К.В., Добряков Н.А., Попов О.Е. Комплекс программных средств для вычисления звуковых полей в морской среде, неоднородной по глубине и трассе распространения // «Доклады X научной школы-семинара академика ЛМ Бреховских» Акустика океана», совмещенной с XIV сессией Российского акустического общества. - М.: ГЕОС. - 2004. - С. 27-30].

Нормировка значений интенсивностей расчетных КМ (U_{км_прогн_i,j}), выбранных для пар ярусов, когда первым в этой паре является УН1 или УН2 (ярус j), а вторым поочередно выбирается каждый из ярусов ВВХН (ярус j), может быть выполнена по формуле:

где ОСП_{прогноз_i} и ОСП_{прогноз_j} - ОСП, рассчитанные для цели единичной шумности в ЧД, соответствующем оптимальному ЧД принятого сигнала, и ярусах i и j соответственно, ОСП_{замер_i} и ОСП_{замер_j} - значение ОСП принятого сигнала от цели неизвестной шумности в оптимальном ЧД и ярусах приема i и j соответственно.

Формирование экспоненциальных функций КМ может быть выполнено по формуле:

где U_км - интенсивность КМ, τ_км - задержка КМ, с - параметр, зависящий от частоты сигнала, принятого антенной ШПС.

Вычисление коэффициента корреляции может быть выполнено по формуле, приведенной в [Деза Е.И., Деза М.М. Энциклопедический словарь расстояний. - Наука, 2008].

Все изложенное позволяет считать задачу изобретения решенной.

Claims (1)

1. Способ определения координат шумящих объектов с использованием вертикально развитых бортовых антенн гидроакустических комплексов, включающий прием гидроакустических сигналов пространственно развитой в вертикальной и горизонтальной плоскостях антенной, усиление, фильтрацию в полосе частот, оцифровку и пространственно-временную обработку принятых сигналов, формирование статического многоярусного веера характеристик направленности в вертикальной плоскости (ВВХН), определение двух углов (ярусов) приема сигнала с максимальным отношением сигнал/помеха (УН1 и УН2), измерение набора взаимно корреляционных функций (ВКФ) сигнала каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2 на интервале анализа, обнаружение в каждой из измеренных ВКФ корреляционных максимумов (КМ), измерение значений их абсцисс, представляющих собой задержки по времени хода пар лучей (далее - задержки КМ), и интенсивностей, формирование для каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2 массива задержек и массива интенсивностей КМ принятого сигнала путем объединения задержек и интенсивностей КМ, обнаруженных на интервале анализа для соответствующей пары ярусов, измерение скорости звука в воде в зависимости от глубины и волнения поверхности моря, по измеренным данным и известным характеристикам дна расчет сигнала шумящего объекта, решение уравнения гидроакустики в пассивном режиме для шумящего в море объекта, определение области возможного местоположения шумящего в море объекта в пространстве «дистанция-глубина», вычисление для каждой точки этой области с учетом текущих гидроакустических условий лучевой и энергетической структуры сигнала на выходе пространственных каналов ярусов ВВХН ШПС, вычисление для каждой точки этой области задержек по времени хода всех пар лучей вычисленной лучевой структуры и их объединение в массив задержек расчетных КМ, вычисление для каждой точки этой области и для каждой пары лучей вычисленной лучевой структуры интенсивности каждого расчетного КМ для всех возможных сочетаний пар ярусов ВВХН ШПС, выбор интенсивностей КМ, вычисленных для пар ярусов, когда первым в этой паре является УН1 или УН2, и объединение их в массивы интенсивностей расчетных КМ для соответствующих пар ярусов, отличающийся тем, что: для каждого КМ из сформированных массивов задержек и интенсивностей КМ принятого сигнала формируют экспоненциальную функцию, формируют объединенную ВКФ принятого сигнала для каждого яруса ВВХН относительно УН1 и относительно УН2, суммируя значения экспоненциальных функций всех КМ для каждой точки по времени, в соответствии с шагом квантования, вычисляют для каждой точки области возможного местоположения цели значения ОСП в трех частотных диапазонах (ЧД), вычисление для каждой точки области возможного местоположения цели энергетической структуры сигнала и интенсивностей каждого расчетного КМ для всех возможных сочетаний пар ярусов ВВХН выполняют в трех ЧД для единичной шумности цели, при выборе интенсивностей КМ, вычисленных для пар ярусов, когда первым в этой паре является УН1 или УН2, выбирают интенсивности, вычисленные в ЧД, соответствующем оптимальному ЧД принятого сигнала, а перед объединением их в массивы интенсивностей расчетных КМ для соответствующих пар ярусов выполняют нормировку выбранных интенсивностей с использованием значений ОСП принятого сигнала в оптимальном ЧД и соответствующих ярусах и расчетных значений ОСП для соответствующей точки, вычисленных в ЧД, соответствующем оптимальному ЧД принятого сигнала, и соответствующих ярусах, формируют экспоненциальные функции для всех расчетных КМ, формируют для каждой точки области расчетные ВКФ путем суммирования значений функций всех расчетных КМ для соответствующих пар ярусов для этой точки, обнуляют значения ВКФ в окрестности тех точек по времени, в которых значения интенсивностей КМ не превышают пороговое значение для обнаружения КМ в ВКФ тракта ВВХН ШПС, вычисляют для каждой точки области суммарный коэффициент корреляции между сформированными для нее расчетными ВКФ и объединенными ВКФ принятого сигнала, а координаты шумящего в море объекта определяют путем выбора координат той точки его возможного местоположения в пространстве «дистанция-глубина», для которой получено наибольшее значение суммарного коэффициента корреляции.

Images