Способ регистрации малошумного морского объекта

Авторы патента:

Викторов Руслан Викторович (RU)

Колмогоров Владимир Степанович (RU)

Шпак Степан Анатольевич (RU)

Омельченко Андрей Владимирович (RU)

Решетников Дмитрий Сергеевич (RU)

G01S15/04 - системы обнаружения цели

Владельцы патента RU 2572052:

Шпак Степан Анатольевич (RU)

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способу регистрации шумоизлучения малошумного морского объекта. Сущность: способ регистрации малошумного морского объекта заключается в том, что сначала регистрируют в приемных устройствах «опорную» амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) шумового поля водного пространства для последующей обработки в блоке первичной обработки сигналов с целью определения пары приемных устройств в блоке расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения блока вторичной обработки сигналов, затем «опорную» АЧХ подают на соответствующие входы адаптивного фильтра блока вторичной обработки сигналов, где вырабатывают «нормированную» АЧХ шумового поля охраняемого водного пространства. При появлении малошумного морского объекта в охраняемом водном пространстве в области расположения приемных устройств формируют «рабочую» АЧХ водного пространства, которую через ранее выбранный первый приемный канал подают на первый вход блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения и первый вход адаптивного фильтра блока расчета вторичной обработки сигналов. При превышении амплитуды «рабочей» АЧХ водного пространства над выработанным порогом нормированной АЧХ регистрируют АЧХ малошумного морского объекта. Принципиальным отличием заявленного изобретения является то, что заявленный способ, реализованный в предложенном устройстве для регистрации малошумного морского объекта, дополнительно использует блок расчета взаимно корреляционных функций и принятия решения, а также адаптивный фильтр, основанный на принципе минимизации среднеквадратической ошибки (СКО) помехи, в результате чего появляется возможность подавления нестационарной помехи с малым относительно времени прохода морского объекта интервалом корреляции, что позволяет повысить помехоустойчивость при регистрации малошумного морского объекта. Технический результат: использование при измерении первичного гидроакустического поля малошумных морских объектов в условиях повышенного уровня и нестационарности фоновых шумов (помех) в пределах времени регистрации прохода морского объекта, а также использование в охранных устройствах для защиты морских акваторий, портовых и других сооружений. 6 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способу регистрации шумоизлучения малошумного морского объекта в широкой полосе частот, и может быть использовано при измерении первичного гидроакустического поля малошумных морских объектов в условиях повышенного уровня и нестационарности фоновых шумов (помех) в пределах времени регистрации прохода морского объекта, а также может быть использовано в качестве охранного устройства для защиты морских акваторий, портовых и других подводных сооружений.

Процедура регистрации шумоизлучения морского объекта заключается в фиксации уровней значения проходной характеристики, получаемых путем измерений текущих значений мощности сигналов подводного шума движущегося морского объекта в заданных (третьоктавных или узких) полосах частот.

Измерения производятся в условиях фоновых шумов (помех), что в реальных условиях затрудняет регистрацию проходной характеристики морского объекта, поскольку при высоком уровне помех характеристика прохода оказывается искаженной как случайными флюктуациями, так и добавлением «пьедестала», возникающим вследствие высокого уровня помех.

Существует несколько методов выделения сигнала из смеси сигнал + помеха при регистрации проходной характеристики морского объекта.

Известен метод энергетического вычитания помехи (ЭВП) при измерении шумоизлучения морского объекта. Сущность метода заключается в оценке уровня помехи по краям проходной характеристики (т.е. там, где уровень полезного сигнала во много раз меньше уровня помехи) и последующего вычитания этого уровня из максимального значения проходной характеристики [Новиков А.К. Статистические измерения и обнаружение сигналов. - СПб.: ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 2006 г., стр. 151-154].

Основным недостатком метода ЭВП является то, что этот метод имеет малую помехоустойчивость в условиях нестационарной помехи в пределах времени регистрации прохода морского объекта. Кроме этого, при направленном в нос или корму характере шумоизлучения источника оценка помехи производится с большой погрешностью, обусловленной недостаточным спадом сигнальной составляющей.

Существенно большими возможностями с точки зрения помехоустойчивости и точности измерения уровня шума при наличии помех обладает метод энергетической согласованной обработки (ЭСО), реализованный в комплексе технических средств КТС «Тополь-СФП» и разработанный во ВНИИФТРИ B.И. Теверовским, А.О. Кюльян и др. [Новиков А.К. Статистические измерения и обнаружение сигналов.- СПб.: ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 2006 г., с. 151-154].

Сущность метода заключается в том, что по мере прохода источника относительно приемника в полосе анализа регистрируется энергетическая сумма полезного сигнала и помехи, которая затем подвергается обработке при помощи фильтра, согласованного с формой энергетической нестационарности полезного сигнала. При этом происходит фильтрация высокочастотных флюктуаций помехи при сохранении формы низкочастотной (относительно медленной по сравнению с быстрыми флюктуациями помехи) нестационарности полезной компоненты.

При реализации данного метода выполняется обработка следующим образом:

1. Производится запись характеристики прохода по интенсивности с небольшим предварительным сглаживанием.

2. Выполняется расчетная характеристика прохода для тех же параметров, что и для измеренной характеристики прохода.

3. Вычисляются взаимные корреляционные функции между измеренной характеристикой и расчетными функциями с возможностью изменять ширину расчетной характеристики прохода и приближать ее к реальной характеристике прохода.

4. Вычисляется уровень максимума характеристики прохода.

Метод ЭСО основан на применении алгоритма вычисления корреляционной функции, где сравниваются две функции различного происхождения - измеренная характеристика прохода и расчетная функция.

Недостатком описанного метода, реализованного в комплексе технических средств КТС «Тополь-СФП» и взятого за аналог, является то, что метод ЭСО имеет малую помехоустойчивость в условиях нестационарной помехи в пределах времени регистрации прохода морского объекта. Динамический диапазон анализа методом ЭСО зависит от свойств случайной нестационарности помехи, амплитуды и ширины флюктуационных «всплесков» помехи.

Эти недостатки устранены другим известным методом для увеличения динамического диапазона измерений и увеличения отношения сигнал/помеха, наиболее близким к заявленному изобретению техническим решением для регистрации малошумного морского объекта и выбранным в качестве прототипа.

Для увеличения динамического диапазона измерений рекомендуется, как и в случае метода ЭВП, применять обработку характеристики прохода методом ЭСО усредненной по нескольким проходам характеристики. Тогда случайные по времени появления максимумы помехи сглаживаются за счет усреднения, а регулярные максимумы прохода источника сигнала суммируются, в результате происходит увеличение отношения сигнал/помеха.

Известен метод повышения помехоустойчивости за счет траекторного накопления проходной характеристики, получивший название метод энергетической согласованной траекторной обработки (ЭСТО), реализованный также в комплексе технических средств КТС «Тополь-СФП» и выбранный в качестве прототипа [Новиков А.К. Статистические измерения и обнаружение сигналов. - СПб.: ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 2006 г., с. 151-154], который предполагает, что при проведении измерений используется не один приемник, а N приемников, расположенных в линию параллельно направлению движения измеряемого объекта. В этом случае по каждой из измерительных баз формируются проходные характеристики, которые в каждой частотной полосе подобны друг другу, отличаясь временным сдвигом во времени на определенную величину.

При стационарной помехе и равных дисперсиях флуктуаций на базах суммарная дисперсия в N раз меньше дисперсии при использовании одиночного приемного гидрофона. Таким образом, применение траекторного накопления повышает помехоустойчивость метода ЭСО за счет уменьшения дисперсии помехи.

Учет влияния помех на результаты измерений в рассмотренных методах производится в предположении, что средний уровень помехи, обусловленный шумами отдаленного судоходства, изменением метеоусловий и другими причинами, изменяется во времени достаточно медленно, в течение нескольких часов или суток. Нестационарность же уровня полезного сигнала, излучаемого движущимся объектом, обусловленная перемещением объекта относительно приемника и особенностями направленности излучения, является регулярной и имеет временной масштаб порядка десятков секунд - единиц минут. В закрытых акваториях, где предполагается использование предложенного устройства на основе разработанного способа, как показали экспериментальные исследования, помеха нестационарна и имеет сложную пространственно-временную структуру в условиях сложного интерференционного акустического поля сигнала и помехи.

Поэтому использование методов ЭВП, ЭСО, ЭСТО, рассмотренных выше и основанных на предположении стационарности помехи в интервале проходной характеристики, неэффективно.

Недостатком описанного прототипа является то, что в случае нестационарности помехи в пределах времени регистрации прохода морского объекта данный метод имеет малую помехоустойчивость.

На устранение этого недостатка направлено заявленное изобретение, технической задачей которого является создание нового способа для регистрации малошумного морского объекта с учетом изменяющейся интерференционной картины в исследуемом районе.

Реализация поставленной технической задачи позволяет добиться следующего технического результата:

- создан новый способ для регистрации шумоизлучения малошумного морского объекта в широкой полосе частот в условиях повышенного уровня шума и нестационарности фоновых шумов (помех).

Для достижения указанного технического результата предложен «Способ регистрации малошумного морского объекта», заключающийся в том, что сначала регистрируют в приемных устройствах «опорную» амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) шумового поля водного пространства. «Опорная» АЧХ регистрируется для последующей обработки в блоке первичной обработки сигналов с целью определения пары приемных устройств с максимальным значением коэффициентов взаимной корреляции между первым и вторым, первым и третьим,… первым и N-ым приемными устройствами в блоке расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения, затем «опорную» АЧХ подают на соответствующие входы адаптивного фильтра блока вторичной обработки сигналов, где вырабатывают «нормированную» АЧХ шумового поля охраняемого водного пространства. При появлении малошумного морского объекта в охраняемом водном пространстве в области расположения приемных устройств формируют «рабочую» АЧХ водного пространства, которую через ранее выбранный первый приемный канал подают на первый вход блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения и первый вход адаптивного фильтра блока расчета вторичной обработки сигналов. При превышении амплитуды «рабочей» АЧХ водного пространства над выработанным порогом «нормированной» АЧХ регистрируют АЧХ малошумного морского объекта.

Предложенный способ реализуется в устройстве, содержащем идентичные приемные устройства блока приема, включающие соответствующие идентичные последовательно соединенные подводные устройства (1,2-N) и соответствующие идентичные блоки согласования (1,2-N) с возможностью передачи принятого сигнала на вход блока первичной обработки сигналов. В него входят аналогичные первый, второй и N-ый приемные каналы, включающие соответствующие блоки фильтров, а также соответствующие аналого-цифровые преобразователи. Выход первого аналого-цифрового преобразователя блока первичной обработки сигналов параллельно соединен с первым входом блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения и с первым входом адаптивного фильтра, расположенных в блоке вторичной обработки сигналов. Выход второго аналого-цифрового преобразователя блока первичной обработки сигналов последовательно соединен со вторым входом блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения блока вторичной обработки сигналов. Выход N-го аналого-цифрового преобразователя блока первичной обработки сигналов последовательно соединен с N-ым входом блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения блока вторичной обработки сигналов. В зависимости от полученных результатов в блоке расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения выбирается из приемных каналов (2.2-2.N) такой приемный канал, который соответствует максимальному значению коэффициента взаимной корреляции с первым приемным каналом и подключается с выхода блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения на второй вход адаптивного фильтра, выход которого соединен с входом амплитудного детектора. Выход амплитудного детектора соединен через регистрирующее устройство с входом блока отображения информации. Предложенный способ экспериментально обоснован.

Результаты экспериментальных исследований

Схема проведения экспериментальных исследований с морским объектом в закрытой бухте представлена на фиг. 1. В качестве морского объекта использовалась моторная лодка.

Цель данных исследований заключалась в выборе взаимного местоположения приемных гидрофонов, при котором наиболее эффективно подавлялись шумы акватории с помощью адаптивного фильтра и за счет этого повышалось соотношение сигнала шумоизлучения морского объекта к помехе.

При этом обработка предполагала измерение:

- функции взаимной корреляции по шумам акватории (помеха) между гидрофонами, расположенными на различном расстоянии между собой, влияющими на эффективность работы адаптивного фильтра;

- проходных характеристик, по которым можно судить об уровнях сигнала и его затухании на разнесенных в пространстве гидрофонах до обработки;

- проходных характеристик после обработки с использованием адаптивного фильтра сигналов.

На схеме, представленной на фиг. 1, в точке Т1 было установлено первое приемное устройство, а в точках Т2, Т3, Т4, Т5 и Т6 последовательно устанавливалось второе приемное устройство на расстоянии 25, 35, 55, 90 и 110 м от первого приемного устройства.

При этом на каждом расстоянии между приемными устройствами (ПУ) производилось вычисление:

- функции взаимной корреляции (ФВК) по помехе с использованием аппаратуры MIC-300M;

- определялась проходная характеристика двигающейся моторной лодки по схеме, представленной на фиг. 1.

На первом этапе обработки над записями помехи была произведена цифровая фильтрация, основанная на последовательном подключении канонических звеньев второго порядка, а также измерение вероятностных характеристик шумов моря. Тип аппроксимации - эллиптический, тип фильтра полосовой от 60 до 500 Гц.

Экспериментально измеренные нормированные функции взаимной корреляции помехи по абсолютной величине между приемными устройствами на разных расстояниях относительно друг друга представлены на фиг. 2.

Из фиг. 2 видно, что с увеличением расстояния между приемными устройствами с 35 до 90 метров значение коэффициентов взаимной корреляции уменьшается с 0,487 до 0,294 соответственно, однако с увеличением расстояния между приемными устройствами, начиная с 90 метров наблюдаются периодические максимумы и минимумы значений нормированной функции взаимной корреляции. Таким образом, при выборе гидрофона, сигнал помехи с которого следует выбрать в виде опорного сигнала помехи для подачи на один из входов адаптивного фильтра (на второй вход подается смесь сигнала + помеха с первого гидрофона), следует исходить из соображений высокого коэффициента корреляции по помехе и минимального уровня сигнала на этом гидрофоне. В условиях проведения эксперимента этот гидрофон расположен в точке Т6.

Измерение проходных характеристик

Для определения проходной характеристики моторной лодки на первом и втором приемном устройстве была произведена обработка полученных записей сигналов регистрации прохода лодки с каждого гидрофона с помощью аппаратуры MIC-300M. Общая структура обработки сигналов, использующих опорный сигнал помехи, показана на фиг. 3.

В компенсаторе помех, как показано на фиг. 3, используется дополнительный сигнал, который поступает от источника помех или датчиков, расположенных в тех точках поля помех, где полезный сигнал слаб или отсутствует вообще. Напряжение, подаваемое на дополнительный вход, обычно называют компенсационным. Помеха в компенсационном канале проходит через адаптивный фильтр, который подстраивает свои параметры таким образом, чтобы обеспечить вычитание помехи из напряжения в основном канале, представляющем смесь сигнала и помехи. В результате этого помеха в основном канале уменьшается или подавляется полностью. Как видно из фиг. 3, входной сигнал s(t) сравнивается с опорным сигналом помехи n₁(k), разность между ними образует сигнал ошибки e(k). Задача адаптивного фильтра - минимизировать ошибку воспроизведения образцового сигнала. С этой целью блок адаптации после обработки каждого отсчета анализирует сигнал ошибки, поступающий из фильтра, используя результаты этого анализа для подстройки параметров (коэффициентов) фильтра. Ошибка воспроизведения образцового (опорного) сигнала помехи будет определяться как:

Поскольку e(k) является случайным процессом, в качестве меры ее величины принимается средний квадрат. Таким образом, оптимизируемая функция выглядит как:

$\int {(ω_{i})} = \overset{_____}{e^{2} (k)} \to \min □ .$

Минимизируя ошибку между смесью сигнал + помеха и опорным сигналом помехи, подавляется помеха и выделяется полезный сигнал.

Эту задачу может реализовать такой алгоритм, как LMS (Least Mean Square), который предполагает минимизацию среднеквадратической ошибки (СКО) помехи на выходе адаптивного фильтра при подаче на один его вход сигнал + помеха, а на второй вход - помехи. Алгоритм LMS основан на принципе минимизации градиента мгновенного значения ошибки между опорным и входным сигналом при использовании метода наименьших квадратов. Вывод формул, описывающих данные алгоритмы, производится на основе уравнений оптимальной фильтрации сигнала [Уидроу Б., Стринз С. Адаптивная обработка сигналов: пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. - 2-е изд. - СПб.: Питер, 2006. - 752 с].

Работа адаптивного фильтра предполагает минимизацию СКО на выходе фильтра при подаче на вход опорного сигнала помехи. Входной опорный сигнал n₀(t) обрабатывается дискретным фильтром, в результате чего получается выходной сигнал y(k). Этот выходной сигнал сравнивается с образцовым сигналом s(t), разность между ними образует сигнал ошибки e(k). Задача адаптивного фильтра - минимизировать ошибку воспроизведения образцового сигнала. С этой целью блок адаптации после обработки каждого отсчета анализирует сигнал ошибки и дополнительные данные, поступающие из фильтра, используя результаты этого анализа для подстройки параметров (коэффициентов) фильтра.

Таким образом, минимизация дисперсии помехи происходит в режиме «on-line» при регистрации проходной характеристики морского объекта.

Работа адаптивного фильтра демонстрируется на фиг. 4, где приведены гистограммы распределения уровня помехи при проведении эксперимента по регистрации проходной характеристики морского объекта.

Из фиг. 4 видно, что при обработке сигнала на выходе адаптивного фильтра происходит сужение гистограммы распределения помехи, а, следовательно, и уменьшение дисперсии помехи.

На фиг. 5 представлены экспериментально полученные амплитудно-временные диаграммы (проходные характеристики) регистрации прохода движущейся моторной лодки со скоростью 2 узла в точках установки приемных устройств с разносом по расстоянию в 110 м, в полосе частот 60-500 Гц до и после схемы адаптивной обработки сигналов.

Из анализа амплитудно-временных диаграмм мгновенных значений флуктуации амплитуды фонового поля в точках приема первого и второго приемных устройств, до схемы обработки (фиг. 5а, в) видно, что выявить флуктуации амплитуды шумового поля (проходная характеристика), обусловленного движущейся моторной лодкой в области действия приемных устройств (ПУ), возможно лишь в небольшой области действия ПУ. Использование предложенного способа позволяет повысить соотношение сигнал/помеха и увеличить зону обнаружения морского объекта (фиг. 5б, г).

Принципиальным отличием заявленного изобретения от прототипа является то, что заявленный способ реализован в предложенном устройстве для регистрации малошумного морского объекта, которое дополнительно содержит блок расчета взаимно корреляционных функций и принятия решения, а также адаптивный фильтр, основанный на принципе минимизации СКО помехи.

Такое конструктивное решение изобретения за счет отличительных признаков дало новые технические эффекты.

Использование блока расчета взаимно корреляционных функций и принятия решения совместно с адаптивным фильтром расширило возможности изобретения, в результате которого заявленный способ производит прием АЧХ шумового поля регистрируемого морского объекта и позволяет производить охрану водного пространства со всех приемных устройств, расположенных в различных точках пространства охраняемой акватории. Данные блоки необходимы для вычисления значений коэффициентов взаимной корреляции по помехе между первым и вторым, первым и третьим,… первым и N-м приемными устройствами с целью определения пары приемных устройств с максимальным значением коэффициентов взаимной корреляции между ними. Выходы выбранных приемных устройств подключаются к соответствующим входам адаптивного фильтра. В результате появляется возможность подавления нестационарной помехи с малым относительно времени прохода морского объекта интервалом корреляции, что позволяет повысить помехоустойчивость при регистрации малошумного морского объекта.

Дополнительным отличием способа является то, что в реализуемом по данному способу устройстве регистрирующее устройство используют с возможностью визуального отображения обработанного сигнала, а блок отображения информации используют с возможностью документирования данных. Этим обусловлена необходимость быстрой обработки информации и ее документирование.

Схема устройства для регистрации малошумного морского объекта показана на Фиг. 6.

На схеме представлено:

1. Блок приема

1.1 Первое приемное устройство

1.1.1 Первое подводное устройство

1.1.2 Первый блок согласования

1.2 Второе приемное устройство

1.2.1 Второе подводное устройство

1.2.2 Второй блок согласования

1.N. N-e приемное устройство

1.N.1 N-e подводное устройство

1.N.2 N-й блок согласования

2. Блок первичной обработки сигналов

2.1 Первый приемный канал

2.1.1 Первый блок фильтров

2.1.2 Первый аналого-цифровой преобразователь

2.2 Второй приемный канал

2.2.1 Второй блок фильтров

2.2.2 Второй аналого-цифровой преобразователь

2.N N-й приемный канал

2.N.1 N-й блок фильтров

2. N.2 N-й аналого-цифровой преобразователь

3. Блок вторичной обработки сигналов

3.1 Блок расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения

3.2 Адаптивный фильтр

4. Амплитудный детектор

5. Регистрирующее устройство

6. Блок отображения информации

Все конструктивные элементы в блоке приема 1, в блоке первичной обработки сигналов 2, в блоке вторичной обработки сигналов 3, а также амплитудный детектор 4, регистрирующее устройство 5 и блок отображения информации 6 соединены электрическими связями. В блоке приема 1 сформировано идентичное количество приемных устройств 1.1, 1.2…1.N, использующих в своем составе в качестве подводного устройства 1.1.1, 1.2.1…1.N. 1 идентичный принимающий электроакустический элемент с возможностью приема акустических сигналов в водной среде, выход каждого из которых последовательно соединен с входом соответствующего блока согласования, служащего для согласования принятых подводными устройствами акустических сигналов в электрические для передачи на входы соответствующего каждого идентичного блока фильтров 2.1.1, 2.2.1…2.N.1 входящего в состав идентичных приемных каналов 2.1, 2.2,…2.N-х блока первичной обработки сигналов 2.

В блоке первичной обработки сигналов 2 выход каждого соответствующего идентичного блока фильтров 2.1.1, 2.2.1…2.N.1 последовательно соединен с входом соответствующего идентичного аналого-цифрового преобразователя 2.1.2, 2.2.2…2.N.2 для возможности пропускания передающегося электрического сигнала оптимальной полосы частот. Выход каждого идентичного аналого-цифрового преобразователя 2.1.2, 2.2.2…2.N.2 последовательно соединен с соответствующим первым, вторым и N-м входом блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения 3.1 для вычисления и определения пары приемных устройств с максимальным значением коэффициентов корреляции, выход которого в зависимости от вычисленного значения подключает соответствующий выход приемного канала 2.2…2.N со вторым входом адаптивного фильтра 3.2. Дополнительно выход первого аналого-цифрового преобразователя 2.1.2. параллельно соединен с первым входом блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения 3.1 и с первым входом адаптивного фильтра 3.2 для выработки АЧХ регистрируемого малошумного морского объекта, которая подается на вход амплитудного детектора 4. Выход амплитудного детектора 4 соединен с входом регистрирующего устройства 5. Регистрирующее устройство 5 использовано с возможностью визуального отображения обработанного сигнала.

Кроме того, выход регистрирующего устройства 5 соединен с входом блока отображения информации 6 для документирования данных.

Осуществление способа

Для осуществления заявленного способа устройство регистрации малошумного морского объекта снабжено общепринятым переносным или стационарным источником питания, расположенным на береговом посту или плавучем носителе. При работе подводные устройства 1.1.1, 1.2.2…1.N.1, в качестве которых использованы электроакустические элементы, широко используемые в гидроакустике, расположенные в различных точках подводного пространства охраняемой акватории, принимают со всех направлений подводного пространства «опорную» АЧХ шумового поля охраняемого водного пространства.

Принимаемая «опорная» АЧХ шумового поля охраняемого водного пространства через соответствующие блоки согласования 1.1.2, 1.2.2…1.N.2 поступает на соответствующие последовательно соединенные идентичные приемные каналы 2.1, 2.2…2.N блока первичной обработки сигналов 2, включающие последовательно соединенные идентичные блоки фильтров 2.1.1, 2.2.1…2.N.1 и соответствующие идентичные аналого-цифровые преобразователи 2.1.2, 2.2.2…2.N.2 для пропускания электрических сигналов оптимальной полосы частот и преобразования их в цифровой вид для последовательной передачи на соответствующие входы блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения 3.1 блока вторичной обработки сигналов 3, в котором производится вычисление максимальных значений коэффициентов взаимной корреляции между первым и вторым, первым и третьим,… первым и N-м приемными устройствами с целью определения пары приемных устройств с максимальным значением коэффициентов взаимной корреляции между ними. Вычисленный в блоке взаимно корреляционной функции и принятия решения 3.1 блока вторичной обработки сигналов 3 из пары необходимых приемных устройств, «второй» приемный канал будет последовательно подключен с выхода блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения 3.1 на второй вход адаптивного фильтра 3.2. Кроме того, «опорная» АЧХ шумового поля охраняемого водного пространства с выхода первого аналого-цифрового преобразователя 2.1.2 первого приемного канала 2.1. блока первичной обработки сигналов 2 параллельно поступает на первый вход блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения 3.1 и на первый вход адаптивного фильтра 3.2 блока вторичной обработки сигналов 3, последний выполняющий функцию выработки «нормированной» АЧХ шумового поля охраняемого водного пространства. При появлении малошумного морского объекта в охраняемом водном пространстве в области расположения приемных устройств формироваться «рабочая» АЧХ водного пространства, которая посредством электрической связи через ранее выбранный первый приемный канал подается на первый вход блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения и на первый вход адаптивного фильтра. В случае превышения амплитуды «рабочей» АЧХ водного пространства над выработанным порогом амплитуды нормированного сигнала на экране регистрирующего устройства 5 наблюдается АЧХ регистрируемого малошумного морского объекта. При вхождении малошумного морского объекта в охраняемое водное пространство будет соответственно меняться и величина порога срабатывания устройства. Таким образом, чувствительность устройства будет меняться при изменении величины принятой «опорной» АЧХ.

При появлении малошумного морского объекта в охраняемой акватории в принятом сигнале появляются составляющие с новой амплитудой. Новые амплитудные составляющие изменяют амплитудно-частотные характеристики области пространства охраняемой акватории. Полученный в адаптивном фильтре 3.2 разностный амплитудный сигнал поступает на вход амплитудного детектора 4 для выделения амплитудной огибающей. После этого продетектированный сигнал поступает на вход регистрирующего устройства 5 для регистрации и документирования полученных в результате исследования данных. Визуальное наблюдение принятого акустического сигнала происходит в блоке отображения информации 6, где происходит принятие решения о нахождении в исследуемой области малошумного морского объекта.

Заявленный способ представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как реализуемое данным способом устройство обеспечивает охрану биологических и техногенных морских объектов. Заявленное решение не оказывает отрицательного воздействия на экологическое состояние окружающей среды.

Таким образом, заявленный способ «Способ регистрации малошумного морского объекта» является новым способом для оценки шумоизлучения морских объектов и для обеспечения защиты кораблей, судов в гаванях и портах, а также портовых и других подводных сооружений.

Заявленный способ обладает следующими достоинствами:

- возможность вычисления значений коэффициентов корреляции и выбора требуемой пары приемных устройств;

- возможность обнаружения и регистрации малошумного морского объекта в сложных гидроакустических условиях мелководных районов с повышенным уровнем шумовых гидроакустических помех;

- возможность эффективного использования пассивного режима локации для решения технических задач по регистрации малошумных морских объектов.

Заявленный способ промышленно применим, так как для его осуществления используются широко распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной техники.

Способ регистрации малошумного морского объекта, заключающийся в том, что сначала регистрируют в приемных устройствах «опорную» амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) шумового поля водного пространства, затем регистрируют «рабочую» АЧХ, сформированную в результате появления малошумного морского объекта в охраняемом водном пространстве, отличающийся тем, что «опорную» АЧХ используют для последующей обработки в блоке первичной обработки сигналов, а затем в блоке расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения блока вторичной обработки сигналов, выбирая между первым и вторым, первым и третьим, … первым и N-м приемными устройствами, затем «опорную» АЧХ подают на соответствующие входы адаптивного фильтра блока вторичной обработки сигналов, где вырабатывают «нормированную» АЧХ шумового поля охраняемого водного пространства; далее при появлении малошумного морского объекта в охраняемом водном пространстве в области расположения приемных устройств формируют «рабочую» АЧХ водного пространства, которую через ранее выбранный первый приемный канал подают на первый вход блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения и первый вход адаптивного фильтра блока вторичной обработки сигналов; в случае превышения амплитуды «рабочей» АЧХ водного пространства над выработанным порогом «нормированной» АЧХ регистрируют АЧХ малошумного морского объекта.

Изобретение относится к лазерно-акустической системе обнаружения подводных объектов. Указанная система содержит расположенный над поверхностью водоема источник акустических сигналов в виде лазера, гидрофон и установленный над водной поверхностью вычислительный блок, соединенный с выходом приемного гидрофона.

Устройство для охраны водных рубежей // 2568781

Изобретение относится к области акустики и может быть использовано для защиты водозаборных сооружений потенциально опасных объектов, в рыбной промышленности - для защиты водозаборных сооружений от проникновения биологических объектов к предприятиям энергетического, химико-технологического.

Способ и аппаратура для управления состоянием устройства // 2562702

Управление состоянием устройства осуществляется путем обнаружения (403) присутствия пользователя; изменения состояния устройства на первое состояние (405), если присутствие пользователя обнаружено в пределах первой заданной зоны; изменения состояния устройства на второе состояние (407), если присутствие пользователя обнаружено за пределами второй заданной зоны, причем первая заданная зона меньше второй заданной зоны и полностью содержится во второй заданной зоне; и поддержания (407) текущего состояния устройства, если присутствие пользователя обнаружено за пределами первой заданной зоны и в пределах второй заданной зоны.

Способ и система обнаружения подводных объектов при их вторжении в охраняемую зону // 2559701

Предлагаемое изобретение относится к технике обнаружения цели под водой, а именно к устройствам активной физической защиты периметров объектов и может быть использовано для охраны периметров подводной части акваторий от несанкционированного проникновения на охраняемый объект движущихся подводных объектов.

Устройство обнаружения шумовых гидроакустических сигналов на основе квадратурного приемника // 2549207

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустики, а именно к устройствам обнаружения шумовых гидроакустических сигналов в виде дискретных составляющих (ДС) на фоне аддитивной помехи.

Система автоматической классификации гидролокатора ближнего действия // 2534731

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем классификации объектов, обнаруженных гидролокаторами ближнего действия.

Способ обеспечения безопасности эксплуатации гидротехнических сооружений // 2528451

Способ заключается в сужении прилегающей ко всем водоподводящим каналам части водоема-охладителя 4 путем перегораживания его части искусственной дамбой. Способ включает создание первого 28 рубежа безопасности и первой физической защиты 36 от проникновения биологических подводных объектов (БПО) и средств их доставки, первой очистки оборотной технической воды 37 от механических (МПР) и биологических (БПР) примесей, первой защиты рыб, в том числе ее молоди, первого охлаждения оборотной технической воды.

Способ определения местоположения объектов в пассивной системе мониторинга // 2526896

Использование: относится к области пассивной локации, в частности гидролокации. Сущность: в способе определения местоположения объектов в пассивной системе мониторинга осуществляют приём сигналов аппаратурой разнесенных позиций, пространственную селекцию по принятым сигналам в каждой из приемных позиций, некогерентное накопление по времени каждого из результатов пространственной селекции, принятие решения об обнаружении отметок целей по результатам накопления по времени и формирование по результатам обнаружения пеленгационных линий положения в не менее чем двух позициях, определение расстояний между каждой из не менее чем двух приемных позиций системы и точками пересечения пеленгационных линий положения, сформированных в этих позициях, измерение уровней принимаемых этими позициями сигналов по тем результатам некогерентного накопления по времени, по которым обнаружены отметки, пересчет каждого из этих уровней к точкам пересечения пеленгационных линий положения, соответствующих указанным отметкам, формирование функций разности результатов пересчета уровней сигналов от каждой из указанных приемных позиций к одной и той же точке пересечения этих линий положения для этих точек и определение координат целей как координат тех точек пересечения пеленгационных линий положения, для которых функции разности результатов пересчета уровней сигналов будут больше порога.

Способ защиты подводных конструкций и оборудования от биообрастания // 2523841

Изобретение используется для защиты подводных конструкций и оборудования от их биологического обрастания. На выходе из отводного канала формируют и излучают энергетические, информационные, высокоградиентные и биорезонансные сигналы, которые воздействуют на рыб и изменяют их поведенческие характеристики.

Устройство гидроакустического обнаружения // 2492508

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.

Гидроакустическая станция контроля внешней обстановки // 2573173

Использование: гидроакустика. Изобретение может быть использовано для контроля внешней обстановки вокруг охраняемых объектов, например, буровых платформ, гидротехнических сооружений, судов, а также для обнаружения и сопровождения подводных объектов, вторгающихся в контролируемую акваторию натурного водоема. Сущность: в гидроакустической станции контроля внешней обстановки, включающей подводный модуль с излучающей и приемной антеннами, надводный блок обработки и визуализации, подводный кабель связи, соединяющий подводный модуль с надводным блоком обработки и визуализации, а также генератор, генератор выполнен многоканальным и вместе с излучающей и приемной антеннами размещен в едином подводном модуле, в который дополнительно введены блок многоотводных линий задержки, входы которого подключены к отдельным выходам многоканального генератора, блок сумматоров, входы которого подключены к соответствующим выводам блока многоотводных линий задержки, блок усилителей мощности, к входам которого подключены соответствующие выходы блока сумматоров, а выходы подключены к соответствующим элементам излучающей антенны, блок усилителей, подключенный к элементам приемной антенны, блок аналого-цифровых преобразователей, подключенный к выходу блока усилителей, блок управления, подключенный к выходу блока аналого-цифровых преобразователей и к входу многоканального генератора, и блок интерфейса, подключенный между выходом блока управления и надводным блоком обработки и визуализации, при этом надводный блок обработки и визуализации содержит последовательно соединенные блок распаковки сигналов, блок формирователей характеристик направленности, блок вычисления корреляционных функций и блок формирования акустического изображения. Технический результат: увеличение скорости обзора пространства и обеспечение возможности получения трехмерного изображения. 2 ил.

Устройство обнаружения объектов в водной среде // 2585401

Использование: изобретение представляет собой электронное устройство и относится к области гидроакустики и гидролокации. Устройство предназначено для поиска и обнаружения искусственных подводных объектов, таких как затонувшие корабли, техника, подводные аппараты, трубопроводы и другие искусственные подводные сооружения. Сущность: устройство содержит блок приемоизлучателей (гидроакустическую антенну) (1), блок усилителей и полосовых фильтров (2), блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП) (3), блок согласованных фильтров (4), генератор сигнала посылки (5), усилитель мощности (6), измерительное устройство (7), вычислитель (8) и детектор (9). Функцией блока согласованных фильтров является осуществление оптимального приема отраженного эхо-сигнала на фоне помех. Функцией измерительного устройства является измерение параметра формы распределения и характеристической частоты эхо-сигнала на выходе согласованного фильтра. Функцией вычислителя является вычисление отношения параметра формы и характеристической частоты эхо-сигнала. Функцией детектора является сравнение полученного числа на выходе вычислителя с пороговым значением и принятие решения: обнаружен искомый объект локации или нет. Технический результат: уменьшение случайной погрешности и увеличение достоверности обнаружения объекта в присутствии шумов и помех. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

Гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося источника звука, измерения азимутального угла на источник и горизонта источника звука в мелком море // 2591030

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения движущегося источника звука, измерения азимутального угла на источник и горизонта источника в мелком море в пассивном режиме с помощью акустических приемников, установленных на морском дне, координаты которых и угловое положение считаются известными. Технический результат - дополнительное увеличение помехоустойчивости элементарного комбинированного приемника и всего комплекса в целом, а также увеличение точности определения горизонта источника. Гидроакустический комплекс содержит N акустических комбинированных приемников, образующих две идентичные донные вертикально ориентированные эквидистантные антенны по M=N/2 комбинированных приемников в каждой, каждый из которых состоит из гидрофона, трехкомпонентного векторного приемника и соединенных с ними усилителей, телеметрический блок, вход которого соединен с выходом акустических комбинированных приемников, включающий делители напряжения, аналого-цифровую преобразующую схему, единую схему электронного мультиплексирования, модулятор и оптический излучатель, связанный оптической линией связи с оптическим ресивером, систему сбора, обработки и передачи информации, содержащую блок сбора, обработки и передачи информации и устройство доступа к цифровым сетям передачи данных, N-канальный блок вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, блок определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, N-канальный блок вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, N-канальный блок вычисления азимутального угла, блок вычисления усредненного азимутального угла, сумматор, анализатора спектра комплексной огибающей, вычислитель максимума спектра комплексной огибающей. В гидроакустический комплекс дополнительно введена подсистема определения горизонта источника с повышенной помехоустойчивостью. Эта подсистема содержит (М-1)-канальный блок дифференцирования горизонтальных компонент вектора интенсивности по вертикальной координате, (М)-канальный блок дифференцирования вертикальной компоненты вектора интенсивности по горизонтальным координатам, (М-1) канальный блок вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, (М-1)-канальный блок вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, блок вычисления максимального значения горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, блок определения горизонта источника, а за горизонт источника принимается среднее значение между оценкой горизонта максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности и оценкой горизонта расположения геометрического центра четверки акустических комбинированных приемников, которой соответствует максимум угловой компоненты ротора вектора интенсивности Нφ. 3 ил.

Способ навигации подводных объектов и система для его осуществления // 2599902

Данная группа изобретений относится к способам и системам навигации подводных объектов, а именно к способам и системам, когда принимают посредством расположенных на гидроакустических буях приемников сигналы со спутников, определяют координаты гидроакустических буев посредством вычислительных модулей гидроакустических буев, передают данные о местоположении и идентификационные данные в виде гидроакустических сигналов, излучаемых передатчиками гидроакустических буев, принимают сигналы с помощью расположенного на подводном объекте приемника, определяют координаты подводного объекта по задержке времени приема гидроакустических сигналов от гидроакустических буев, местоположение которых известно. Данное решение может быть использовано при одновременном определении географического положения неограниченного числа подводных мобильных объектов, дистанционно управляемых подводных аппаратов, водолазов, морских животных и т.д. в процессе движения. Согласно изобретению кодируют сигналы с указанных гидроакустических буев в виде периодических сигналов, привязанных к часам GPS/ГЛОНАСС, располагают все передатчики гидроакустических сигналов на одной глубине, декодируют сигналы от гидроакустических буев при одновременном выделении прямых сигналов от гидроакустических буев от отраженных. Система реализует указанный способ. Достигаемый технический результат - повышение точности навигации подводных объектов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения эффективности многопозиционной гидроакустической системы // 2611556

Изобретение относится к области активно-пассивной гидролокации. Предложен способ определения эффективности многопозиционной активно-пассивной гидроакустической системы, заключающийся в вычислении зон вероятности обнаружения сигнала в виде сечений зон в горизонтальной или вертикальной плоскости при заданной вероятности ложной тревоги, различных конфигураций системы излучающих и приемных антенн и для меняющихся гидрологических условий заданного региона. Излучающие и приемные антенны могут быть как стационарными, так и находящимися на мобильных носителях. Предполагается периодическое измерение меняющихся гидрологических условий (характеристик гидроакустического канала распространения сигналов, характеристик волнения моря и др.), уточнение координат приемных и излучающих антенн и проведение расчета вероятности правильного обнаружения при заданном уровне ложной тревоги. 5 ил.

Способ регистрации малошумного морского объекта с использованием медианной фильтрации // 2616357

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способу регистрации шумоизлучения малошумного морского объекта. Техническим результатом изобретения является способ регистрации шумоизлучения малошумного морского объекта в широкой полосе частот с использованием медианной фильтрации, который может быть использован при измерении первичного гидроакустического поля малошумных морских объектов в условиях наличия импульсных помех, случайных выбросов в тракте обработки сигналов, повышенного уровня и нестационарности фоновых шумов (помех) в пределах времени регистрации прохода морского объекта, а также может быть использован в охранных устройствах для защиты морских акваторий, портовых и других сооружений. Согласно изобретению способ регистрации малошумного морского объекта с использованием медианной фильтрации заключается в том, что сначала регистрируют в приемных устройствах «опорную» амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) шумового поля водного пространства. После этого выполняют ее фильтрацию и аналогово-цифровое преобразование в блоке первичной обработки сигналов. Далее «опорную» АЧХ используют с целью определения пары приемных устройств в блоке расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения блока вторичной обработки сигналов, а затем подают на соответствующие входы адаптивного фильтра блока вторичной обработки сигналов, где вырабатывают «нормированную» АЧХ шумового поля охраняемого водного пространства. При появлении малошумного морского объекта в охраняемом водном пространстве в области расположения приемных устройств формируют «рабочую» АЧХ водного пространства, которую через ранее выбранный первый приемный канал подают на первый вход блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения и первый вход адаптивного фильтра блока расчета вторичной обработки сигналов. При превышении амплитуды «рабочей» АЧХ водного пространства над выработанным порогом нормированной АЧХ регистрируют АЧХ малошумного морского объекта. Принципиальным отличием заявленного изобретения является то, что в заявленном способе, реализованном в предложенном устройстве для регистрации малошумного морского объекта с использованием медианной фильтрации после выполнения аналого-цифрового преобразования в приемных каналах блока первичной обработки сигналов дополнительно осуществляют медианную фильтрацию посредством использования соответствующих идентичных медианных фильтров, в результате чего появляется возможность подавления импульсных помех и случайных выбросов в тракте обработки сигналов, что позволяет значительно повысить помехоустойчивость при регистрации малошумного морского объекта. 5 ил.

Видеосистема для регистрации нештатных ситуаций на судоходных реках // 2645425

Изобретение относится к устройствам для видеоконтроля водных акваторий с обеспечением регистрации нештатных ситуаций, связанных с движением судов по несанкционированным курсам или их нахождением в запретных зонах. Заявленная видеосистема для регистрации нештатных ситуаций на судоходных реках содержит установленные, по меньшей мере, на одной опоре поворотные видеокамеры видимого диапазона с Ethernet-интерфейсом и ПЗС-матрицей, стандартные сетевые устройства для архивации и обработки видеоданных, обнаружения, идентификации и распознавания объектов оператором, а также малогабаритные лазерные источники света для создания светящихся реперных точек, образующих опорную сетку для определения координат наблюдаемых объектов. При этом на опоре дополнительно установлена лазерно-акустическая система для получения видеоданных подводной части наблюдаемого объекта относительно оси судового хода наблюдаемого объекта. Технический результат - расширение функциональных возможностей.