Способ определения пеленга на шумящий объект



Способ определения пеленга на шумящий объект

 


Владельцы патента RU 2444747:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" (МГУ им. адм. Г.И. Невельского) (RU)
Учреждение Российской Академии наук Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН (ТОИ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для гидроакустических исследований и определения местоположения подводных и поверхностных объектов с использованием акустических комбинированных приемников. Заявленный способ заключается в приеме акустического сигнала при "электрическом" вращении диаграммы направленности компонент x и y комбинированного приемника, состоящего из векторного приемника и гидрофона. Принятый сигнал подвергается аналого-цифровому преобразованию посредством преобразования Гильберта или Фурье с последующим преобразованием сигнала в аналитическую форму. Далее осуществляют вычисление отношения мнимой части сигнала к реальной и оценку по этому отношению разности фаз между акустическим давлением p(t) и ортогональными компонентами колебательной скорости . При обнаружение скачка разности фаз на 180° определяют пеленг на шумящий объект. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот способа (при низкочастотном приемнике от 5 Гц до 800 Гц; при среднечастотном приемнике от 500 Гц до 11 кГц). 1 ил.

 

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для гидроакустических исследований и определения местоположения подводных и поверхностных объектов с использованием акустических комбинированных приемников.

Известны способы определения пеленга на источник шума, например определение пеленгов источников звука в горизонтальной плоскости (з. РФ №2002113840, МПК7 G01S 3/00). Способ основан на приеме акустических колебаний двумя линейными группами электроакустических преобразователей, преобразовании акустических сигналов в пропорциональные электрические сигналы, измерении этих сигналов, определении пеленга на источник звука с использованием величин электрических сигналов и определении пеленга на источник звука по отношению между измеренными электрическими сигналами.

Известен способ определения углов пеленга низколетящих целей в пространстве по их акустическим излучениям (з. РФ №95103536, МПК6 G01S 3/808). Способ заключается в измерении разности прихода фаз акустической волны между разнесенными точками приема, при этом с целью получения кругового сектора обнаружения без механических перемещений приемной системы приходящий акустический сигнал измеряют в трех фиксированных точках горизонтальной плоскости, находящихся в вершинах равностороннего треугольника, и по значениям разности фаз между различными точками приема определяют углы пеленга низколетящей цели в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Однако эти способы обладают невысокой точностью определения пеленга и низкой помехозащищенностью. Кроме того, для их реализации требуются сложные построения устройства, используется сложная конфигурация и большие размеры приемных систем.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения пеленга на подводный объект, излучающий акустический гармонический сигнал с определенной частотой (п. РФ №2158430, МПК G01S 3/80). Способ включает генерацию и излучение подводным объектом вышеприведенного сигнала, прием сигнала приемником, состоящим, по меньшей мере, из восьми гидрофонов, образующих ориентированную в горизонтальной плоскости круговую измерительную базу, выделение квадратурных составляющих комплексной огибающей принятых акустических сигналов и измерение их фазы. Сигналы, принятые гидрофонами базы, предварительно фазируют на N направлений, проходящих через центр базы и каждый из N гидрофонов. Определяют направление, соответствующее максимуму сигнала, и гидрофон, лежащий на этом направлении. Пеленг на источник в локальной системе координат, связанный с круговой базой, определяют по формуле с учетом угловых координат φn гидрофонов, числа гидрофонов, кумулятивной фазы θn на n-м гидрофоне относительно фазы на гидрофоне, лежащем на направлении максимума сигнала, то есть направление на источник определяется по максимуму амплитуды и изменению фазы.

Основным недостатком такого способа является требование о необходимости излучения подводным объектом искусственного гармонического сигнала и учет при расчете пеленга только акустического давления, а также необходимость большого количества гидрофонов, расположенных определенным образом, что приводит к сложности выполнения способа, низкой помехоустойчивости и точности.

Задача данного изобретения заключается в разработке помехоустойчивого способа определения пеленга на шумящий объект, упрощении способа и повышении его точности, расширении диапазона рабочих частот способа, что достигается за счет учета в способе одновременно как скалярных, так и векторных информационных характеристик акустического поля и на основе скачка разности фаз между акустическим давлением и горизонтальными компонентами колебательной скорости.

Поставленная задача решается способом определения пеленга на шумящий подводный или надводный объект, включающий измерение в одной точке акустического поля одновременно четырех физических величин: трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости и акустического давления p(t) с использованием комбинированного приемника, включающего векторный приемник и гидрофон, преобразование полученного сигнала в цифровой код, перевод его в аналитическую форму для определения разности фаз между акустическим давлением и ортогональными компонентами колебательной скорости при "электрическом" повороте вокруг оси z характеристики направленности векторного приемника и по скачку разности фаз между акустическим давлением p(t) и ортогональными компонентами колебательной скорости Vx(t, α) и Vy(t, α) определяют пеленг на шумящий объект.

Способ основан на постоянном "электрическом" вращении вокруг оси z горизонтальных осей координат x и y комбинированного приемника по формуле

где ux, uy - электрические сигналы с каналов x и y, при угле поворота α=0, , - электрические сигналы, при повороте координат на азимутальный угол α.

Комбинированный приемник представляет собой устройство, включеющее векторный приемник и гидрофон [Щуров В.А. Векторная акустика океана. Дальнаука, 2003. 307 с.].

Скачок разности фаз происходит поочередно по одной из компонент колебательной скорости либо по Vx(t, α), либо по Vy(t, α), минимум характеристики направленности которой лежит на прямой, соединяющей комбинированный приемник и лоцируемый объект. При этом максимум характеристики направленности второй компоненты Vy(t, α) совпадает с минимумом направленности первой компоненты Vx(t, α).

После того как установлен сектор углов α0±Δα, в котором происходит скачок разности фаз на 180°, система координат x0y "качается" "электрическим" способом в угловом секторе α0±Δα для определения статистических характеристик: среднего значения <α0>и его среднеквадратического отклонения . Угол <α0>, отсчитываемый от оси x, совпадает с направлением на источник шума.

Алгоритм способа включает в себя следующую последовательность операций. Четырехкомпонентный узкополосный акустический сигнал p(t, f0), Vx(t, f0), Vy(t, f0), Vz(t, f0), регистрируемый векторным приемником и гидрофоном, преобразуется в цифровой код, который в вычислительном блоке преобразуется в аналитическую форму с использованием обычного математического преобразования, например преобразования Фурье или Гильберта:

S=S-j·Re(TH(S)),

где TH(S) - преобразование Гильберта сигнала S.

Вычисляется отношение мнимой и вещественной части аналитического сигнала для получения тангенса фазы:

где P(f) - акустическое давление, зависящее только от времени t; Vx(t, α), Vy(t, α) - ортогональные компоненты колебательной скорости, зависящие от времени t и азимутального угла поворота α; φp(t), φx(t, α), φy(t, α) - усредненные значения фазы акустического давления и колебательной скорости аналитического сигнала. Величина усреднения по времени зависит от скорости движения шумящего объекта.

Вывод о наличии шумящего объекта в данном направлении α0 следует из скачка разности фаз между акустическим давлением p(t) и компонентами колебательной скорости Δφxpx или Δφypy при переходе через α0 от α0-Δα до α0+Δα.

Для повышения точности пеленгования находятся производные от Δφx(t, α) и Δφy(t, α) по углу α: , . Результирующий пеленг определяют как (α0+180°)±σα, где σα - среднеквадратичное отклонение.

На чертеже приведены результаты пассивного лоцирования подводного источника. Глубина источника ≈60 м. Глубина комбинированного приемника 150 м. Скачки разности фаз а) - Δφx0, t0), б - Δφy0, t0); 1 - соответствуют кривым Δφ(α0, t0), Δφy0, t0), 2 - их производным. Вертикальные линии на кривых соответствуют σx и σy. Угол поворота α измеряется в градусах, разность фаз - в радианах. Источник находился на глубине около 60 м. Комбинированный приемник находился на глубине 150 м. Частота, на которой проводилось пассивное лоцирование объекта, равна 617 Гц. Полоса анализа Δf=3 Гц. Отношение сигнал/шум не более 3 dB. По первому скачку разности фаз (чертеж, а) следует, что α0 равно 32,5°±5,0° и пеленг на объект равен 212,5°±5,0°.

Таким образом, заявляемый способ позволяет достичь заявляемый технический результат и обнаружить в пассивном режиме поверхностный или подводный объект по излучению им шумоподобного сигнала, а не по излучению им искусственно генерируемых гармонических колебаний. Переход от амплитудных характеристик к фазовым существенно увеличил помехозащищенность способа, поскольку разность фаз Δφx(t, α) и Δφy(t, α) принимает только два значения 0° или 180° и переход от одного значения разности фаз к другому происходит скачком. В заявляемом способе направление на источник определяется только по скачку разности фаз между акустическим давлением и горизонтальными компонентами колебательной скорости, равному 180°, в то время как в прототипе направление на источник определяется по максимуму амплитуды и изменению фазы. Кроме того, вместо набора из N гидрофонов (минимум 8 в прототипе) возможно использование одного практически точечного комбинированного приемника, включающего векторный приемник и гидрофон.

Способ определения пеленга на шумящий подводный или надводный объект, включающий измерение в одной точке акустического поля одновременно четырех физических величин: трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости и акустического давления p(t) с использованием комбинированного приемника, включающего векторный приемник и гидрофон, преобразование полученного сигнала в цифровой код, перевод его в аналитическую форму, вычисление отношения мнимой части сигнала к реальной для получения тангенса фазы и по скачку разности фаз между акустическим давлением p(t) и ортогональными компонентами колебательной скорости Vx(t, α) и Vy(t, α) при "электрическом" повороте вокруг оси z характеристики направленности векторного приемника определяют пеленг на шумящий объект.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к снаряжению водолаза, может быть использовано в составе средств связи и управления при выполнении подводно-технических работ, в военной сфере, при аварийных ситуациях.

Изобретение относится к области подводной навигации и может быть применено при определении географических координат группы автономных подводных мобильных объектов или дистанционно управляемых объектов - подводных пловцов, управляемых подводных устройств, роботов, морских животных и т.д., в процессе движения.

Изобретение относится к гидроакустической технике, а именно к гидроакустическим антенным решеткам, и может быть использовано в гидроакустических средствах с многоэлементными гидроакустическими антеннами для обнаружения и пеленгования гидроакустических излучений в зоне Френеля.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для определения местоположения подводных объектов. .

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к устройствам обнаружения узкополосных шумовых гидроакустических сигналов (со спектральной плотностью мощности в виде отдельных дискретных составляющих или их звукорядов) на фоне аддитивной помехи.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для защиты объектов со стороны рубежей в водной среде. .

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в системах шумопеленгования. .

Изобретение относится к средствам подводной навигации и может быть использовано для навигационного обеспечения автономных подводных роботов (АПР) большой дальности действия и контролируемых с борта обеспечивающего судна (ОС).

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для гидроакустических исследований объектов шумоизлучения в натурном водоеме. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройству и способу ультразвуковой визуализации. .

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в подводных аппаратах (ПА) для обеспечения навигационной безопасности их мореплавания и всплытия на поверхность моря, в частности.

Изобретение относится к импульсным радиолокационным системам и к измерениям, выполняемым с их помощью, и может быть использовано в метеорологических радиолокаторах, радиолокационных станциях кругового обзора и дистанционного зондирования, а также в гидролокационных системах.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено для обнаружения подводных объектов, движущихся с малой радиальной скоростью в контролируемой акватории: подводных пловцов, морских животных, крупных рыб.

Изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использован для поиска промысловых скоплений крабов по их шумовому полю, а также для обнаружения немаркированных (утерянных и браконьерских) порядков крабовых ловушек.

Изобретение относится к области гидроакустики, ультразвуковой дефектоскопии, медицине, рыболокации, а также к акустическим локационным системам, предназначенным для обнаружения объектов, расположенных в различных средах, и классификации этих объектов по их акустическому сопротивлению.

Изобретение относится к акустическим приборам активной локации и предназначено для локации дна, объектов в водной среде и донных осадках. .

Изобретение относится к геоакустике и может быть использовано для направленного приема акустических шумов
Наверх