Способ обработки информации в гидроакустической антенне



Способ обработки информации в гидроакустической антенне
Способ обработки информации в гидроакустической антенне

 


Владельцы патента RU 2492507:

Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" (RU)

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способу обработки информации в гидроакустической антенне. Сущность: рассматривается способ снижения структурной составляющей помехи в сигнале гидроакустического приемника, жестко закрепленного на корпусе антенны, содержащей жестко закрепленный на корпусе трехкомпонентный акселерометр. Сигналы приемников и акселерометров подвергаются преобразованию Фурье. Далее на каждом i-м шаге формируется спектр выходного сигнала гидроакустического приемника с компенсированной вибрационной составляющей по формуле: ξi=yi-kizi, где ξi - i-й спектральный отсчет компенсированного спектра рабочего диапазона частот гидроакустического датчика, а yi - i-й спектральный отсчет спектра выходного сигнала гидроакустического приемника. Причем компенсация проводится по двум схемам: с учетом сигнала с одного выхода акселерометра, характеризуемого наибольшей мощностью сигнала, и с учетом сигналов со всех выходов акселерометров. Технический результат: уменьшить влияние вибраций корпуса носителя на выходные сигналы гидроакустических приемников и снижение требования к виброизоляции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке гидроакустических антенн различного назначения для коррекции выходных сигналов гидроакустических приемников с целью исключения составляющей, обусловленной вибрациями корпуса носителя.

Виброзащита гидроакустических приемников и антенн предназначается для уменьшения влияния вибрации корпуса носителя (структурной помехи) на выходные показания приемников антенн. Эта необходимость вызвана чувствительностью приемников не только к звуковым, но и к вибрационным воздействиям, и, как следствие, возникновением в выходных сигналах приемников составляющей, обусловленной воздействием не гидроакустических полей.

Совершенствование гидроакустических приемников, повышение их чувствительности, и связанный с этим рост требований к дальности обнаружения локальных источников шума, ставит задачу компенсации вибрационного возмущения, вызываемого корпусом носителя, для повышения отношения сигнал/помеха. Применение виброизолирующих материалов в местах крепления приемников или антенных модулей позволяет снизить влияние данного фактора. Их применение описывается, например, в патенте РФ №2303336 «Гидроакустическая многоэлементная антенна и пьезоэлектрический стержневой преобразователь для такой антенны».

Однако, подход с установкой виброизолирующих материалов усложняет конструктив системы и ее монтаж. Кроме того, с течением времени характеристики демпфирующих материалов изменяются и они требуют замены, что приводит к сокращению срока эксплуатации гидроакустической системы. Наличие экранов и виброзащитных систем также увеличивает габариты и массу антенны.

В качестве альтернативных путей виброзащиты известны решения с размещением вибродатчиков на обтекателе антенны - полезная модель РФ №96665 «Гидроакустическое приемное устройство» и заявка на изобретение США №20070194982 «Antenna signal processing apparatus». В полезной модели РФ №96665 описана многоэлементная гидроакустическая антенна с обтекателем и системой компенсации помех, вызванных его вибрацией, а в заявке США №20070194982 приводятся общие подходы к компенсации структурной помехи, вызванной вибрацией корпуса для жестко закрепленных на формообразующем каркасе гидроакустических приемников.

Решение, предлагаемое в данном изобретении, является наиболее близким к решению, описанному в заявке США №20070194982 «Antenna signal processing apparatus», которая является прототипом. В данной заявке описан по меньшей мере один жестко закрепленный на корпусе антенны акселерометр. По выходному сигналу данного акселерометра и известной передаточной функции от выходного сигнала акселерометра к выходному сигналу гидроакустического приемника по вибрационной помехе, производится компенсация вибрационной помехи на каждом гидроакустическом приемнике путем вычитания сигнала на выходе акселерометра из сигнала на выходе приемника.

Одним из основных недостатков предложенного решения является необходимость знания вышеуказанной передаточной функции, получение которой довольно затруднительно и которая может меняться в процессе эксплуатации антенны и в зависимости от внешних условий. Такой подход требует периодической калибровки, что описывается в заявке, а, следовательно, специальных условий для ее проведения, например, минимизации шумовых гидроакустических воздействий на приемники антенны.

Задачей изобретения является уменьшение влияния вибраций корпуса носителя на выходные сигналы гидроакустических приемников и снижение требований к виброизоляции.

Для решения поставленной задачи компенсации вибрационной погрешности в выходных сигналах гидроакустических приемников в способ обработки выходных сигналов гидроакустических приемников, жестко установленных на корпусе гидроакустической антенны, по выходным Сигналам трехкомпонентных акселерометров, жестко установленных на корпусе гидроакустической антенны таким образом, что по крайней мере один из трехкомпонентных акселерометров формирует различимый на фоне собственных помех выходной сигнал гидроакустического приемника при наличии минимально допустимых вибраций в точке установки любого из гидроакустических приемников, заключающийся в том, что сигналы с выходов приемников подвергаются преобразованию Фурье, внесены следующие новые признаки:

1) выходные сигналы акселерометров так же подвергаются преобразованию Фурье и для каждого спектрального отсчета в рабочей полосе частот полученного спектра каждого гидроакустического приемника формируется выходной спектральный отсчет ξi, передаваемый внешним потребителям, по формуле: ξi=yi-kizi, где ki - компенсирующий коэффициент, yi - значение i-го спектрального отсчета спектра сигнала с выхода гидроакустического приемника, a zi - значение i-х спектральных отсчетов спектров сигналов с выходов трехкомпонентного акселерометра, обладающего наибольшей чувствительностью к вибрациям в точке расположения рассматриваемого гидроакустического приемника.

2) по п.1, компенсирующий коэффициент рассчитывается по формуле

k i = y i z i * ¯ z i z i * ¯

где zi - сигнал акселерометра, обладающий наибольшей мощностью на временном интервале вычисления преобразования Фурье выходных сигналов акселерометра.

3) по п.1, компенсирующий коэффициент рассчитывается по формуле

k i = y i z i + ¯ ( z i z i + ¯ ) 1

где z i = [ z 1 i z 2 i z 3 i ] T - вектор-столбец сигналов с выходов трехкомпонентного акселерометра.

Техническим результатом изобретения является уменьшение влияния структурной составляющей помехи корпуса носителя на показания гидроакустических приемников, входящих в антенный модуль и снижение требований к виброизоляции, вплоть до отказа от таковой при необходимости. При этом исключается необходимость в расчете передаточной функции от выходного сигнала акселерометра к выходному сигналу гидроакустического приемника.

Вышеуказанные технические результаты достигаются за счет использования алгоритма корреляционного подавления структурной составляющей помехи в отсчетах спектра выходных сигналов гидроакустических приемников по формуле, описанной ниже:

ξi=yi-kizi,

где ξi - скомпенсированный i-й отсчет выходного сигнала,

yi - i-й отсчет выходного сигнала гидроакустического приемника,

a k i = y i z i * ¯ z i z i * ¯ при использовании сигнала с одной компоненты акселерометра и k i = y i z i + ¯ ( z i z i + ¯ ) 1 , а z i = [ z 1 i z 2 i z 3 i ] T при использовании всех выходных сигналов акселерометра.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1 и 2:

1) В случае использования одного из выходов акселерометра обработка информации происходит по нижеследующей схеме. При возникновении вибраций на корпусе антенны, обусловленных, например, структурной помехой со стороны носителя, в гидроакустическом приемнике (1) возникает соответствующая составляющая в выходном сигнале, обусловленная вибрационной помехой. При этом в выходных сигналах - z1i, z2i, z3i - трехкомпонентного акселерометра (2) также возникают сигналы, обусловленные вибрационной помехой и коррелированные с соответствующей составляющей в выходном сигнале гидроакустического приемника. В вычислительных блоках (3) осуществляется преобразование Фурье выходных сигналов акселерометров и гидроакустических приемников. При этом, из всех сигналов трехкомпонентного акселерометра выделяется обладающий наибольшей средней мощностью на временном интервале преобразования Фурье в вычислительном блоке (4). На основе полученных спектров сигналов в вычислительном блоке (5) производится компенсация вибрационной составляющей погрешности гидроакустических приемников по формуле

ξi=yi-kizi,

где k i = y i z i * ¯ z i z i * ¯ .

2) В случае использования всех выходов акселерометра обработка информации происходит по нижеследующей схеме. При возникновении вибраций на корпусе антенны в гидроакустическом приемнике (1) возникает соответствующая составляющая в выходном сигнале, обусловленная вибрационной помехой. При этом в выходных сигналах - z1i, z2i, z3i - трехкомпонентного акселерометра (2) также возникают сигналы, обусловленные вибрационной помехой и коррелированные с соответствующей составляющей в выходном сигнале гидроакустического приемника. В вычислительных блоках (3) осуществляется преобразование Фурье выходных сигналов акселерометров и гидроакустических приемников. На основе полученных спектров сигналов в вычислительном блоке (4) производится компенсация вибрационной составляющей погрешности гидроакустических приемников по формуле

ξi=yi-kizi,

где k i = y i z i + ¯ ( z i z i + ¯ ) 1 , a z i = [ z 1 i z 2 i z 3 i ] T .

Предложенный способ компенсации вибрационной погрешности в выходных сигналах гидроакустических приемников позволяет компенсировать в показаниях гидроакустических приемников составляющую, вызванную структурной помехой. Таким образом, задачу изобретения можно считать решенной.

1. Способ обработки выходных сигналов гидроакустических приемников, жестко установленных на корпусе гидроакустической антенны по выходным сигналам трехкомпонентных акселерометров, жестко установленных на корпусе гидроакустической антенны таким образом, что по крайней мере один из трехкомпонентных акселерометров формирует различимый на фоне собственных помех выходной сигнал при наличии минимально допустимых вибраций в точке установки любого из гидроакустических приемников, заключающийся в том, что сигналы с выходов приемников подвергаются преобразованию Фурье, отличающийся тем, что выходные сигналы акселерометров также подвергаются преобразованию Фурье, и для каждого спектрального отсчета в рабочей полосе частот полученного спектра каждого гидроакустического приемника формируется выходной спектральный отсчет ξi, передаваемый внешним потребителям, по формуле: ξi=yi-kizi, где ki - компенсирующий коэффициент, yi - значение i-го спектрального отсчета спектра сигнала с выхода гидроакустического приемника, a zi - значение i-х спектральных отсчетов спектров сигналов с выходов трехкомпонентного акселерометра, обладающего наибольшей чувствительностью к вибрациям в точке расположения рассматриваемого гидроакустического приемника.

2. Способ обработки информации в гидроакустической антенне по п.1, отличающийся тем, что компенсирующий коэффициент рассчитывается по формуле k i = y i z i * ¯ z i z i * ¯ , где zi - сигнал акселерометра, обладающий наибольшей средней мощностью выходного сигнала на временном интервале вычисления преобразования Фурье.

3. Способ обработки информации в гидроакустической антенне по п.1, отличающийся тем, что компенсирующий коэффициент рассчитывается по формуле k i = y i z i + ¯ ( z i z i + ¯ ) 1 , где z i = [ z 1 i z 2 i z 3 i ] T - вектор-столбец сигналов с выходов трехкомпонентного акселерометра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем классификации, объектов, обнаруженных гидролокатором освещения ближней обстановки.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей в водной среде и получения их акустического изображения. .

Изобретение относится к способам обнаружения движущихся в воде объектов в условиях мелководья, таких как прибрежные морские области, речные русла, каналы, озера. .

Изобретение относится к области гидрографии и может быть использовано для стереосъемки рельефа дна акватории гидроакустическим средством (ГАС), а также поиска подводных объектов, расположенных на поверхности дна акватории.

Изобретение относится к области гидрографии, в частности к способам и техническим средствам определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора, и может быть использовано для выполнения съемки рельефа дна акватории.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения и регистрации морского волнения методом импульсной эхолокации узконаправленным лучом в направлении от дна к поверхности воды.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения и регистрации морского волнения методом импульсной эхолокации узконаправленным лучом в направлении от дна к поверхности воды.

Изобретение относится к способу защиты водозаборов от попадания в них рыбы. .

Изобретение относится к области технических средств судовождения, предназначенных для автоматической проводки судна по заданному курсу, оси фарватера (судового хода) или по заданной траектории движения, преимущественно автономных необитаемых подводных аппаратов, при их использовании в арктических морях.

Изобретение относится к области морской техники и предназначено для обнаружения, определения местонахождения и классификации подводных лодок и надводных кораблей, может выбрасываться в море самолетом и "за борт" с кораблей

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при изготовлении гидроакустических антенн и антенных модулей. Гидроакустический приемный блок состоит из системы крепления гидроакустического блока к формообразующему каркасу гидроакустической антенны, гидроакустического приемника и соединенного с ним гидроакустического экрана, причем гидроакустический экран жестко закреплен на тыльной стороне гидроакустического приемника. Сам гидроакустический приемник соединен с системой крепления гидроакустического блока через стержень, соосно вставленный в трубку, жестко соединенную с системой крепления гидроакустического блока, причем стержень закреплен в трубке штифтами, выполненными из виброизолирующего материала, что обеспечивает виброизоляцию приемника от структурной помехи носителя, передающейся через жесткое крепление от формообразующего каркаса антенны. Трубка и стержень, в свою очередь, свободно проведены через сквозное отверстие в гидроакустическом экране и позволяют ему свободно деформироваться, не изменяя геометрии расположения приемника на формообразующем каркасе антенны. Технический результат: повышение точности позиционирования гидроакустических датчиков за счет неизменности геометрического расположения датчика относительно каркаса антенны. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системам диагностической визуализации ультразвуком. Способ заключается во введении средства усиления контрастности в отслеживаемую ткань, получении, во время периода действия средства, опорного 3D CEUS объема и информации слежения и изображения в реальном времени отслеживаемой ткани, формировании мультипланарной реконструкции изображения (MPR) с контрастным усилением (CEUS) для одного из полученных изображений в реальном времени, отображении полученного изображения в реальном времени, показывающего инструмент в пределах требуемой части, и соответствующего изображения MPR CEUS для интервенционной навигации после истечения периода действия усиления контрастности. Во втором варианте способа изображение MPR CEUS пространственно регистрируется с соответствующими полученными изображениями в реальном времени. В третьем варианте выполнения способа формируют проекцию максимальной интенсивности (MIP) как функцию, по меньшей мере, полученного 3D CEUS объема и информации слежения и изображений в реальном времени и отображают ее с инструментом в пределах требуемой части. Система содержит ультразвуковой сканер, выполненный с возможностью ввода средства усиления контрастности в отслеживаемую ткань, получения опорного 3D CEUS объема и информации слежения и формирования соответствующей мультипланарной реконструкции изображения (MPR) с контрастным усилением (CEUS), и устройство отображения, соединенное с ним для отображения полученных изображений в реальном времени. Использование изобретения позволяет повысить точность наведения при интервенционных процедурах без необходимости изменения хода работы или переключения на другой режим визуализации. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к водолазной технике, а именно к аппаратуре звукоподводной связи и пеленгования, используемой водолазами. Пеленгатор водолаза, совмещенный со станцией звукоподводной связи, состоит из генератора импульсов и двух идентичных приемных каналов импульсов, каждый из которых имеет свою антенну, установленную слева или справа от водолаза. Выходы приемных каналов пеленгатора соединены с коммутатором, который подключает к станции звукоподводной связи левый или правый телефоны водолаза в зависимости от того на какую антенну раньше приходит сигнал от генератора импульсов другого водолаза. Обеспечивается одновременно с гидроакустической связью пеленгование гидроакустических сигналов другого водолаза. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: изобретение относится к области звуколокации и радиолокации и может быть использовано для решения научных и прикладных задач, в частности для обнаружения подводных объектов. Сущность: в некоторой точке океана располагается надводный или подводный корабль, который излучает звуковую волну с мощностью Iизл=5*105 Вт/м2, на частоте fзвук=10 кГц. Это излучение распространяется во все стороны и на расстоянии Lдет=30 км от корабля создает звуковое давление порядка p1=17 Вт/м2. Звуковая волна, отражаясь от подводного объекта с коэффициентом отражения котр=10-2, за счет сжимаемости воды создает дифракционную решетку, соответствующую цилиндрической звуковой волне. Высокочастотные генераторы, с мощностью Рген=500 МВт, работающие на частоте fрадио=108 Гц, расположенные на одной группе самолетов, облучают отдельные участки поверхности воды узким лучом радиоволн. Отражение в первом порядке от дифракционной решетки, созданной цилиндрической звуковой волной приводит к появлению отраженных волн. Приемники распространяющегося в узком луче излучения, расположенные на другой группе самолетов, с чувствительностью 3*10-21 Вт, при площади антенн Sант=700 м2, регистрируют мощность принимаемого излучения ~10-19 Вт. Благодаря тому, что рассеяние происходит на бегущей решетке, отраженная от нее электромагнитная волна оказывается Допплеровски сдвинутой на величину δf=100 Гц. По зарегистрированному ифракционному излучению определяют координаты подводного объекта. Технический результат: увеличения дальности обнаружении подводных объектов. 1 ил.

Использование: морские исследования посредством профилографов (станций) вертикального зондирования морской среды, в автоматизированных подводных аппаратах (зондах) заякоренного типа для проведения комплексных наблюдений за гидрологическими параметрами и за динамикой водной среды, а также для химико-биологического и экологического контроля и мониторинга акваторий. Сущность: создание профилографа для вертикального зондирования морской среды, в котором система всплытия-погружения, в отличие от известных устройств, выполнена в виде безредукторного реверсного электропривода с использованием шагового электродвигателя с магнитной муфтой. Технический результат: упрощение конструкции профилографа за счет исключения редуктора из системы всплытия-погружения, повышение кпд и надежности электропривода и, как следствие, - увеличение рабочего ресурса автономной работы профилографа. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения гидроакустических систем, содержащих навигационную станцию освещения ближней обстановки (НГАС ОБО) и самоходный необитаемый подводный аппарат (СНПА). Сущность: гидроакустическая система содержит НГАС ОБО, в которую входят последовательно соединенные антенна, тракт предварительной обработки, ЦВС-1, ЦВС-2, блок обработки сигналов прямого распространения, блок определения координат СНПА, блок обработки эхосигналов от цели, блок формирования команд управления СНПА, блок излучения команд управления, антенна излучения команд управления, при этом антенна через тракт предварительной обработки, через ЦВС-1 соединена с блоком обработки сигналов прямого распространения, блоком определения координат, блоком формирования команд управления, блоком излучения команд управления с антенной излучения команд управления, второй выход ЦВС-1 соединен через ЦВС-2 с блоком обработки эхосигнала от цели и со вторым входом блока формирования команд управления и СНПА с гидролокатором, приемным трактом команд управления с антенной, декодером, блоком управления исполнительными механизмами и исполнительными механизмами управления движением. Технический результат: повышение эффективности и помехоустойчивости НГАС ОБО в условиях гидроакустического противодействия за счет использования излучения зондирующего сигнала СНПА, а приемом и обработкой полученных эхосигналов, штатной аппаратурой НГАС ОБО, в режиме разнесенного излучения - приема, и управлением движения СНПА по акустическому каналу на более высокой частоте. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и решает задачу повышения помехоустойчивости измерений параметров суммарного шума с использованием многоэлементной антенны. С этой целью суммарный сигнал в приемном канале дискретной антенны запоминается и осуществляется преобразование его временного масштаба. Для управления временным масштабом используется сигнал структурной помехи, формируемый доминирующим источником вибрации из числа машин и механизмов, расположенных на судне-носителе дискретной гидроакустической антенны. В результате преобразования временного масштаба осуществляется сжатие составляющей суммарного сигнала, обусловленное работой источника структурной помехи, что позволяет подавить ее влияние путем вычитания из суммарного сигнала. Обратное преобразование временного масштаба приводит к восстановлению параметров полезного сигнала в приемном канале дискретной антенны и обеспечивает возможность его использования для последующей обработки. Ввод дополнительных операций, основной из которых является обратное преобразование временного масштаба, позволяет увеличить помехоустойчивость приема гидроакустических сигналов, осуществляемого при помощи многоэлементных направленных систем. Основное преимущество предлагаемого способа обработки данных в приемном канале дискретной антенны состоит в обеспечении подавления сигнала помехи в том случае, когда ее спектр и спектр суммарного шума сосредоточены в общем диапазоне частот. 7 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для получения геологических данных морских донных осадков по измерению характеристик низкочастотных акустических полей в морской среде, не осуществляя предварительного бурения скважин. Параметры донных осадков получают на основе экспериментальных измерений пространственной интерференционной структуры акустического поля в заданном районе и последующем их сравнении с результатами решения волнового уравнения с заданными границами, параметры которых меняют в заданных пределах при математических оценках. Параметры дна получают, как результат наилучшего совпадения экспериментальных данных с данными решения волнового уравнения. Технический результат: повышение точности данных зондирования. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к средствам измерения объема тела в процессе ультразвуковой визуализации. Способ автоматического составления объема в системе ультразвуковой визуализации содержит этапы, на которых выполняют сбор набора данных 3-мерного изображения объекта, пользователь выбирает первую представляющую интерес поверхность в данных 3-мерного изображения, причем упомянутая первая поверхность содержит первый срез объекта, автоматически определяют главную ось первого среза объекта на первой представляющей интерес поверхности, задают первый набор плоскостей из данных 3-мерного изображения, причем упомянутые плоскости не параллельны главной оси первого среза, однако, параллельны друг другу, с заданным расстоянием между двумя последовательными плоскостями вдоль главной оси, для, по меньшей мере, двух плоскостей из первого набора плоскостей, каждая из которых содержит соответствующий второй срез объекта, автоматически проводят контур каждого второго среза, осуществляют автоматическое составление объема объекта посредством наложения контуров, проведенных в двух плоскостях из первого набора плоскостей, вдоль главной оси и посредством разнесения плоскостей на заданное расстояние. Способ вычисления объема в ультразвуковой системе включает составление объема объекта, при этом каждая плоскость из набора плоскостей перпендикулярна главной оси первого среза, после чего вычисляют частичные объемы, содержащиеся между двумя последовательными плоскостями в наборе плоскостей по главной оси первого среза, и суммируют их. Устройство для осуществления способов содержит средство сбора набора данных 3-мерного изображения с помощью ультразвука, средство отображения, по меньшей мере, изображения первого среза объекта, средство выбора пользователем первой представляющей интерес поверхности в данных 3-мерного изображения, средство для определения главной оси первого среза объекта на представляющей интерес поверхности, средство задания первого набора плоскостей из данных 3-мерного изображения, средство проведения в, по меньшей мере, двух плоскостях из первого набора плоскостей, каждая из которых содержит соответствующий второй срез объекта, контура каждого второго среза, и средство составления объема объекта. В состав устройства входят также машиночитаемые носители, компьютерные программы которых содержат команды для выполнения способов. Использование изобретения позволяет повысить точность определения объема и сократить вмешательство человека в процесс измерения. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх