Способ регистрации локальных колебаний давления при пассивной локации движущихся в воде целей с компенсацией помех от поверхностного волнения

Изобретение относится к пассивному обнаружению движущихся в воде целей в условиях прибрежных морских областей и озер для осуществления охраны береговых сооружений и пляжей со стороны водной среды или охраны подводных сооружений, таких как проложенные под водой кабели, коллекторы, трубопроводы, а также охраны судов на якорной стоянке, морских нефтяных платформ, входов в порты, опор мостов, каналов, акваторий гидростанций от возможных нарушителей или террористов. Техническим результатом настоящего изобретения является снижение влияния помех, обусловленных волнением водной поверхности при регистрации низкочастотных локальных колебаний давления от движущихся в воде целей. Сущность: для компенсации влияния помех, обусловленных поверхностным волнением, на регистрацию полезных сигналов предложено проводить прием колебаний давления на попарно соединенные приемники в цепочке, разнесенные друг от друга на расстояние, превышающее размер зоны локальных давлений, образуемой движущейся в воде целью, при этом расстояние выбирается таким, при котором сохраняется высокая когерентность регистрируемых колебаний в поле помех от волнения, при этом приемники в паре включаются в противофазе по выходу для взаимного вычитания помех. В результате помеха на выходе попарно соединенных приемников оказывается в значительной степени скомпенсированной, а полезный сигнал остается нетронутым. Далее в электронном комплексе обработки данных осуществляется обнаружение полезных сигналов от движущихся подводных целей на фоне пониженного уровня помех и определение местоположения и параметров движения обнаруженных подводных целей. 3 ил.

 

Изобретение относится к пассивному обнаружению движущихся в воде целей в условиях прибрежных морских областей и озер для осуществления охраны береговых сооружений и пляжей со стороны водной среды или охраны подводных сооружений, таких как проложенные под водой кабели, коллекторы, трубопроводы, а также охраны судов на якорной стоянке, морских нефтяных платформ, входов в порты, опор мостов, каналов, акваторий гидростанций от возможных нарушителей или террористов.

Известен пассивный способ обнаружения движущихся в воде целей (РФ №2488844, G01S 15/00, опубл. 27.07.2013 г.), включающий прием низкочастотных локальных колебаний давления от цели, регистрируемых в поле неоднородной волны давления, образуемой при движении цели в воде и движущейся вместе с ним, и определение местоположения обнаруженной цели и параметры ее движения по характеристикам формы регистрируемой волны давления, при этом система для осуществления этого способа содержит приемники колебаний давления, располагаемые на дне или рядом с дном и соединенные с электронным комплексом обработки данных.

Особенностью регистрируемых локальных колебаний давления является быстрый их спад с расстоянием от движущейся цели. Как правило, это расстояние не превышает несколько метров, что позволяет четко отслеживать зону локальных колебаний давления, которая образуется вокруг движущейся в воде цели, используя цепочку приемников на дне или рядом с дном, разнесенных друг от друга на расстояния, не превышающие зону локальных колебаний давления, которая образуется вокруг движущейся в воде цели.

Кроме того, для реализации способа был предложен приемник низкочастотных колебаний давления в воде (РФ №2498251, G01L 9/08, опубл. 10.11.2013 г.), содержащий основной и дополнительный чувствительные элементы, включенные параллельно друг другу с встречным направлением знаков поляризации, при этом прием сигналов осуществляется на оба чувствительных элемента, как на основной, так и на дополнительный, с одновременным вычитанием сигналов в рабочей области частот, обусловленных температурными флуктуациями в воде и смещением.

Испытания системы локации движущихся в воде целей на основе пассивного способа локации с применением цепочки указанных приемников, позволяющих исключить помехи, вызванные температурными флуктуациями в воде и смещением в рабочей области частот, показал эффективность обнаружения движущихся в воде целей пассивным способом. Однако выявился ее существенный недостаток: система удовлетворительно работает в условиях слабого поверхностного волнения, но с ростом волнения увеличивается уровень естественных помех водной среды в рабочей полосе частот от десятых долей герца до единиц герц, что не позволяет обнаруживать на этом фоне цель на ластах, движущихся со скоростью менее 1 м/с. Поэтому возникает задача компенсировать влияния помех от поверхностного волнения, оставаясь в рамках предложенного пассивного метода обнаружения целей.

Для решения поставленной задачи были проведены исследования пространственной когерентности поля помех, вызванных волнением. С этой целью проводилась одновременная регистрация помех от волнения на несколько разнесенных друг от друга одиночных приемников на дне. На фиг. 1 представлен результат регистрации помех на приемники A, B, C, разнесенные друг от друга на расстояние 5 м. Видно, что в регистрируемых приемниками колебаниях давления от волнения наблюдается значительная их пространственная когерентность или подобие при расстояниях вдоль цепочки - 5 м для приемников А и В и 10 м для приемников А и С, что согласуется и с литературными источниками (Кадыков И.Ф. Подводный низкочастотный акустический шум океана. М.: Эдиториал УРСС, 1999, с. 50-63). Вместе с тем, для полезного сигнала от движущейся цели размер зоны локальных давлений, которая образуется вокруг движущейся в воде цели, не превышает нескольких метров. Порядок определения размера зоны локальных колебаний давления от движущихся в воде целей приведен в описании к патенту РФ на изобретение №2488844, опубл. 27.07.2013 г.

Эта разница в пространственных характеристиках полезного сигнала и помех от волнения может быть использована для снижения вклада помех от волнения в регистрируемые сигналы, принимая сигналы не на один приемник, а на два идентичных приемника в цепочке, включаемых в противофазе для взаимного вычитания помех, регистрируемых приемниками. При этом приемники в паре должны располагаться на достаточно большом расстоянии, при котором, согласно литературному источнику (Кадыков И.Ф. Подводный низкочастотный акустический шум океана. М.: Эдиториал УРСС, 1999), сохраняется высокая когерентность колебаний в поле помех, но отсутствует опасение компенсации полезного сигнала. Из упомянутого литературного источника известно, что согласно ранее проведенным исследованиям, на расстоянии в несколько сотен метров когерентность в точках приема сигналов не велика или же вовсе отсутствует. Для примера, при исследованиях на Крымском шельфе было выявлено, что при расстоянии между приемниками в 200 метров на частотах до 3 Гц когерентность в точках приема сигналов отсутствует. В то же время на расстоянии между приемниками порядка 20 метров когерентность поля помех (шумов, в том числе и волнения) остается высокой. С увеличением же расстояния до 60 метров и более, в рассматриваемой области низких частот, проявляется спад и ухудшение когерентности поля помех.

В соответствии с рассмотренными представлениями предлагаемая система регистрации локальных колебаний давления от движущихся в воде целей в условиях воздействия поверхностного волнения содержит цепочку приемников колебаний давления на кабеле, устанавливаемых на дно или рядом с дном. Приемники регистрируют как низкочастотные локальные колебания давления, возникающие при прохождении мимо приемников движущихся в воде целей, так и колебания давления, вызываемые помехами от волнения. Для снижения влияния помех от волнения на регистрацию полезных сигналов от движущихся в воде целей регистрация колебаний ведется не на отдельные приемники, а на попарно соединенные приемники в цепочке, разнесенные по цепочке на расстояние, превышающее размер зоны локальных колебаний давления, образующихся вокруг движущейся в воде цели, и выбирается таким, при котором сохраняется высокая когерентность колебаний в поле помех от волнения. При этом приемники в паре включаются в противофазе по выходу для взаимного вычитания помех от волнения. В результате помеха на выходе таких попарно связанных приемников оказывается в значительной степени скомпенсированной, а полезный сигнал остается нетронутым. Далее пары приемников на выходе соединяют с электронным комплексом обработки данных (ЭК), в котором осуществляется выделение на фоне пониженного уровня помех полезного сигнала от движущейся цели и определение по нему параметров обнаруженной цели: ее направление движения, скорость, размер, место пересечения цепочки и количество обнаруженных целей-нарушителей. ЭК может состоять из ряда соединенных между собой электронных блоков обработки данных.

Сущность предлагаемой системы регистрации локальных колебаний давления в мелководной среде при пассивной локации движущихся в воде целей с компенсацией помех от поверхностного волнения поясняется фигурами:

фиг. 1 - помехи от волнения на выходе трех приемников колебаний давления в цепочке;

фиг. 2 - результат компенсации помех;

фиг. 3 - фрагмент цепочки приемников с приемом сигналов на попарно разнесенные приемники.

В основе предложенной компенсации помех лежит наблюдаемое подобие помех, или когерентность, как это видно на фиг. 1, одновременно принятых одиночными приемниками А, В и С, пространственно разнесенными по цепочке на 5 м друг от друга. Поэтому для компенсации помех по схеме их взаимного вычитания (СВ) на выходе приемников в паре достаточно противофазного включения приемников по выходу, используя для этого как аналоговые, так и цифровые методы обработки сигналов.

В качестве примера на фиг. 2 представлен результат компенсации помех от волнения на выходе СВ, принятых одновременно двумя приемниками, при разнесении приемников на 5 м (пара А-В) и на 10 м (пара А-С). При сравнении с исходными помехами, принятыми одиночными приемниками, представленными на фиг. 1, видна существенная компенсация помех, усиливающаяся с уменьшением расстояния между приемниками.

В соответствии с выбранным принципом компенсации помех на фиг. 3 показан вариант практического выполнения предложенной системы регистрации локальных колебаний давления от движущихся в воде целей цепочкой одиночных приемников (1) с компенсацией помех от поверхностного волнения. Здесь одиночные приемники в цепочке (1) пространственно разнесены на расстояние по цепочке, не превышающее размер зоны локальных давлений от движущихся в воде целей, чтобы не пропустить движущуюся цель, и попарно связаны с ближайшими приемниками в цепочке, разнесенными на большее расстояние, при котором сохраняется высокая когерентность колебаний в поле помех от волнения, через СВ (2), где происходит компенсация помех от волнения, принятых одновременно двумя пространственно разнесенными приемниками, за счет противофазного включения приемников по выходу. Далее полезные сигналы с выхода СВ (2), очищенные от помех, поступают в линию и далее в ЭК на береговом посту.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение влияния помех, обусловленных волнением водной поверхности при регистрации низкочастотных локальных колебаний давления от движущихся в воде целей.

Способ регистрации локальных колебаний давления при пассивной локации движущихся в воде целей с компенсацией помех от поверхностного волнения, включающий прием низкочастотных сигналов локальных колебаний давления от движущихся в воде целей цепочкой одиночных приемников, уложенных на дно или рядом с дном в зонах ожидаемого появления целей, и обработку принятых сигналов, отличающийся тем, что одиночные приемники в цепочке пространственно разносят по цепочке на расстояния, не превышающие размер зоны локальных колебаний давлений от движущихся в воде целей, чтобы не пропустить движущуюся цель, и попарно связывают с приемниками в цепочке, разнесенными на большее расстояние, при котором сохраняется высокая когерентность колебаний в поле помех от волнения, при этом приемники в паре включают в противофазе по выходу для взаимной компенсации помех от волнения и направляют очищенный от помех сигнал в электронный комплекс обработки данных, в котором по принятому сигналу обнаруживают движущуюся цель и определяют ее местоположение и параметры движения.



 

Похожие патенты:

Использование: изобретение относится к акустике, конкретно к акустическим измерениям и цифровой обработке сигналов, и может быть использовано для измерений амплитудно-временных характеристик импульсных акустических сигналов, распространяющихся в неоднородных средах.

Использование: изобретение относится измерительной технике и гидроакустике и может быть использовано для проведения векторно-скалярных измерений параметров гидроакустических полей океана.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для установки на надводных кораблях (НК), преимущественно на ледоколах, в составе эхолотов.

Изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано в составе оборудования, обеспечивающего получение изображения рельефа дна в реальном масштабе времени.

Использование: изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке гидроакустической аппаратуры, предназначенной для обнаружения шумящих объектов.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке гидроакустической аппаратуры для повышения точности измерения дистанции, а также при проведении мониторинга морских районов.

Использование: изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано при поиске и распознавании подводных объектов в условиях ограниченной оптической видимости на основе формирования их акустического изображения.

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для измерения скорости звука в естественных водоемах. Предложен способ акустического мониторинга изменчивости параметров морских акваторий, заключающийся в формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, которой включает измерение скорости распространения звука, температуры и давления в образцовой зоне водоема на фиксированных горизонтах, свободной от загрязнений техногенного характера, при этом полученные значения измеренной скорости распространения звука являются эталонными значениями для данного водоема и заносятся в память вычислительного устройства средства акустического мониторинга, при формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, измерения скорости распространения звука выполняют при температуре и давлении, соответствующих температуре и давлению полученных эталонных значений скорости распространения звука на фиксированных горизонтах акватории исследуемого водоема.

Изобретение относится к гидроакустической технике, в частности к области активной гидролокации. Согласно изобретению активный гидролокатор, включает процессорный блок, приемо-передающий блок, соединительный кабель от процессорного к приемо-передающему блоку, антенный блок гидролокатора со встроенным сигнальным и управляющим кабелем, при этом приемо-передающий блок выполнен выносным и содержит две фазируемые антенные решетки, работающие в паре, одна из которых - излучающая с веерной диаграммой направленности, установлена внутри корпуса с возможностью вращения в горизонтальной плоскости вокруг оси, проходящей через ее геометрический центр, а другая - приемная антенная решетка, неподвижно закреплена на корпусе и выполнена в виде кольца, охватывающего герметичный корпус, заполненный жидкостью для компенсации гидростатического давления внешней среды.
Применение: Изобретение относится к области рыболовства и предназначено для диагностики гидробионтов (обнаружения, определения местоположения и перемещения, вида, возраста, пола и состояния).

Изобретение относится к акустическим локационным системам, использующим параметрические излучающие системы, формирующие узконаправленные пучки низкочастотных акустических сигналов. Преимущественная область использования - гидроакустика, а также ультразвуковая дефектоскопия, медицина, рыболокация, геолокация. Генераторный тракт параметрического локатора содержит импульсный генератор, два генератора высокочастотных сигналов, выход каждого из которых соединен с сигнальным входом соответствующего импульсного модулятора, выходы импульсных модуляторов через усилители мощности соединены с элементами акустической антенны. Дополнительно введены перемножитель, два входа которого соединены с выходами генераторов высокочастотных сигналов, выход перемножителя через последовательно соединенные фильтр низких частот и компаратор соединен с управляющим входом D-триггера, вход данных которого соединен с выходом импульсного генератора, а выход D-триггера соединен с управляющими входами импульсных модуляторов. 2 ил.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для гидроакустического обеспечения противоторпедной защиты судов. Для гидроакустического обеспечения противоторпедной защиты корабля включают обнаружение и прием шумоизлучения торпеды гидроакустической станцией с буксируемой антенной переменной глубины, выработку прогноза движения торпеды, расчет данных стрельбы средствами самообороны и выработки маневра уклонения. Обнаруженный сигнал поступает в дисплейный пульт оператора, в котором вырабатывают сигнал торпедной опасности и осуществляют сброс дрейфующей акустической ловушки. Акустическая ловушка работает в режиме излучения имитированного шума судна. В качестве буксируемой антенны переменной глубины используют многоканальную антенну со статическим веером из N характеристик направленности. Фиксируют время приема сигналов системы самонаведения торпеды и время приема сигнала, излученного акустической ловушкой. Определяют временной интервал между моментом приема сигнала самонаведения торпеды и моментом приема имитирующего сигнала. Достигается упрощение системы противоторпедной защиты судов. 2 ил.

Использование: изобретение относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения объектов, измерения координат и параметров движения обнаруженных объектов и классификации обнаруженных объектов. Сущность: определение параметров бликовой структуры выполняется путем измерения временного положения максимумов откликов, соответствующих отдельным бликам, определения интервалов времени между положениями максимумов и интервалов по дистанции между отдельными бликами от объекта. Возможность определения параметров бликовой структуры и, следовательно, классификации обнаруженных объектов по бликовой структуре в заявленном гидролокаторе связана с тем, что длительность откликов на выходе согласованного фильтра для специально сформированного сложного сигнала существенно меньше длительности сигнального отклика для тонального зондирующего сигнала большой длительности. Технический результат: при большой длительности тонального зондирующего сигнала обеспечивается возможность выявления бликовой структуры принимаемого эхосигнала, которая необходима для выполнения классификации обнаруженного объекта по бликовой структуре. 2 ил.

Использование: настоящее изобретение относится к области гидролокации и предназначено для использования в станциях освещения ближней обстановки при измерении параметров обнаруженного объекта. Сущность: способ измерения глубины погружения, содержащий излучение двух последовательных во времени зондирующих сигналов с движущегося носителя, прием эхосигналов гидроакустической антенной, установленной на носителе, измерение дистанции D1 по первому зондирующему сигналу, измерение дистанции D2 по второму зондирующему сигналу, измерение собственной скорости движения носителя Vдв, заключается в том, что формируют на гидроакустической антенне в приеме статический веер характеристик направленности в горизонтальной плоскости, прием эхосигналов осуществляют статическим веером характеристик направленности в горизонтальной плоскости, измеряют радиальную скорость сближения с объектом Vр.изм, измеряют направление собственного движения носителя, определяют направление прихода эхосигнала, измеряют угол между направлением движения носителя и направлением прихода эхосигнала Q°, определяют скорость сближения с объектом с учетом разницы между направлением движения и положением объекта в горизонтальной плоскости Vсб.гор=Vр.изм/cos Q°, определяют косинус угла положения объекта относительно направления движения в вертикальной плоскости cosU°=Vсб.гор/Vдв, а глубину погружения объекта определяют по формуле . Технический результат: повышение точности измерения глубины погружения объекта гидролокатором. 1 ил.

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к пассивно-активным акустическим устройствам для обнаружения утечек газа из газопроводов и технических систем добычи углеводородов, для локализации и исследований природных источников газов под водой, а также для количественной оценки объемов выходящих в области дна газов. Гидроакустическая станция (ГАС) включает систему создания узкополосного рабочего сигнала для формирования сигнала возбуждения, частота которого соответствует частоте эмиссионного излучения образующегося в процессе утечки пузырька, которая реализует пассивное обнаружение эмиссионного резонансного излучения пузырьков в момент их отрыва от твердых поверхностей и, в активной стадии, выполняет фокусировку акустического поля на пузырьке путем обращения во времени и излучения принятых эмиссионных сигналов. Идентификация и определение положения образующихся пузырьков (локализация утечки или природного выхода газа) производится в блоке управления и расчетов путем анализа резонансно рассеянных на пузырьке акустических сигналов. Обнаружение технических утечек и природных выходов газа основано на регистрации выходящих пузырьков газа, которые излучают эмиссионные сигналы при отделении от твердой поверхности и представляют собой импульсные сигналы с монохроматическим заполнением, экспоненциально затухающей во времени амплитудой и длительность от 5 до 30 периодов поля. Технический результат - оперативность обнаружения, снижение числа ложных тревог при нарушении герметичности или разрушении в области контроля, надежная идентификация объектов эмиссии, повышение точности определения мест выходов газожидкостных потоков, а также определение количественных параметров газовых потоков в широком диапазоне концентраций пузырьков с возможностью мониторинга исследуемых процессов во времени. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области подводной навигации, а более точно к определению местоположения подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы. Техническое решение для поиска места положения подводного аппарата, снабженного пингером, и отслеживания места его положения относительно судна обеспечения, а также обнаружения его дайвером. Решение основано на отечественных комплектующих и не требует больших затрат. Способ записи местоположения аппарата с помощью пингера позволяет построить его траекторию относительно судна обеспечения. 2 ил.

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к системам безопасности мостов. Технический результат - обеспечение защиты моста со стороны акватории и контроль ситуации на мостах большой протяженности. Устройство обеспечения безопасности моста, соединяющего два берега акватории с мостовыми подходами с двух сторон, огороженными заборами П-образной формы, содержит рабочее место оператора, состоящее из системного блока, монитора, клавиатуры и манипулятора типа «Мышь», а также модуль охранной сигнализации с пультом охранным, выход которого соединен с системным блоком, а входы соединены с датчиками контроля безопасности, а также модуль управления радиолокатором, содержащим по меньшей мере два радиолокатора, соединенных через контроллер радиолокатора с системным блоком и установленных на мостовых подходах, также содержит модуль гидролокации, содержащий контроллер гидролокации, соединенный с гидролокаторами, выполненными в выносной (подводной) части, состоящей из активных приемно-излучающих модулей, объединенных в секции длиной от 100 до 1000 м каждая и связанных магистральным кабелем с источниками энергоснабжения, обеспечивающей излучение и прием зондирующего сигнала, обработку сигнальной информации, передачу информации на стационарный надводный пункт наблюдения. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретения относятся к области акустических измерений и касаются акустооптического кабеля. Кабель включает в себя несколько секций волоконно-оптических акустооптических сенсоров. Сенсоры включают в себя оптико-электронный модуль, оптически соединенный с расположенным внутри полимерной основы чувствительным элементом, оптическую линию связи, модуль линии электропитания и модуль силовых элементов. Модули размещаются продольно во внутреннем пространстве волоконно-оптического кабеля, в котором удалено временное заполнение. Чувствительные элементы представляют собой оптическое волокно с решетками Брэгга и выполнены из двулучепреломляющих оптических волокон. Чувствительные элементы покрыты защитной оболочкой с коэффициентом Пуассона более 0.35. Технический результат заключается в повышении чувствительности и уменьшении диаметра кабеля. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем автоматической и автоматизированной классификации морских объектов, применительно к гидролокационным станциям ближнего действия. Техническим результатом предлагаемого технического решения является обеспечение классификации приводняющегося объекта по нескольким посылкам. Способ автоматического обнаружения и классификации приводняющегося объекта, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала веером статических характеристик направленности, измерение помехи и выбор порога обнаружения, определение эхосигналов, превысивших порог, автоматическое обнаружение превышения выбранного порога последовательно по всем пространственным каналам статического веера характеристик направленности, измерение и запоминание амплитуды и номера отсчетов, превысивших порог обнаружения, измерение и запоминание номеров пространственных каналов, в которых произошло превышение порога обнаружения, измеряют соотношения амплитуд и времен обнаруженных эхосигналов, на их основе вырабатывают классификационные признаки, которые позволяют принять решения в пользу приводняющегося объекта, если эхосигнал обнаружен в соседних пространственных каналах, и если наблюдаются несколько эхосигналов и при этом измеренная длительность первого эхосигнала больше длительности второго эхосигнала. 1 ил.

Способ обработки гидролокационной информации гидролокатора относится к гидроакустическим системам обнаружения и определения местоположения целей и может быть использован в гидролокаторе с диаграммоформирующим устройством статического веера ДН ЛФАР. Задачей изобретения является повышение помехоустойчивости приемного тракта гидролокатора для минимизации вероятности пропуска эхосигналов целей. Для обеспечения указанного технического результата осуществляется подавление мешающих эхосигналов, принятых по боковым лепесткам диаграммы направленности, путем пороговой обработки исходного массива амплитуд эхосигналов по всем пространственным каналам перед выводом на индикатор. 3 ил.
Наверх