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



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

 


Владельцы патента RU 2591030:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИМПТ ДВО РАН) (RU)

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.

 

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.

Известно устройство (патент РФ на полезную модель №82972, МПК Н04В 10/00, 2008 г.) для измерения азимутального угла на источник звука и угла места в пассивном режиме, в котором используется многоканальный цифровой комбинированный гидроакустический комплекс, содержащий N акустических комбинированных приемников, 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, а также систему сбора, обработки и отображения информации, содержащую блок сбора обработки и отображения информации, вход которого соединен с выходом оптического ресивера, устройство доступа к цифровым сетям передачи данных, вход которого соединен с выходом блока сбора обработки и отображения информации, и формирователь диаграммы направленности, вход и выход которого соединены с входом и выходом блока сбора обработки и отображения информации.

В этом устройстве измеряются компоненты вектора интенсивности Ix, Iy, Iz в локальной ортогональной системе координат, связанной с акустическим комбинированным приемником, а направление на источник звука определяется по формуле

где φ - азимутальный угол в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от оси X локальной системы координат, связанной с акустическим комбинированным приемником. При необходимости результаты измерений углового положения источника звука в локальной системе координат пересчитываются в пеленг.

Аналогичным образом можно определить угол места, если акустический комбинированный приемник расположен в ближней зоне источника звука

Недостатком этого устройства является невозможность значительного увеличения числа акустических комбинированных приемников и апертуры антенны из-за значительных дисперсионных искажений акустического сигнала при его распространении в мелком море. Вследствие таких искажений алгоритмы фазирования сигналов, принятых отдельными элементами антенны, которые положены в основу функционирования формирователя диаграммы направленности, и сами алгоритмы определением азимутального угла на источник звука по формуле (1) и угла места по формуле (2) становятся неэффективными. В результате дальность действия измерительной антенны не увеличивается, а погрешность измерения пеленга не уменьшается при увеличении апертуры антенны. Кроме того, недостатком этого устройства является большая погрешность измерения горизонта источника с использованием формулы (2) при работе измерительного комплекса в мелком море и малая дальность обнаружения источника звука.

Известен гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося источника звука, измерения азимутального угла на источник и горизонта источника звука в мелком море (патент РФ на изобретение №2488133, МПК G01S 3/80, Н04В 11/00, опубл. 20.07.2013, бюл. №20), в котором для увеличения дальности действия и уменьшения погрешности определения координат источника звука в гидроакустическом измерительном комплексе, содержащем N акустических комбинированных приемников, 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 и оптический излучатель, связанный оптической линией связи с оптическим ресивером, систему сбора, обработки и отображения информации, содержащую блок сбора, обработки и отображения информации, вход которого соединен с выходом оптического ресивера, и устройство доступа к цифровым сетям передачи данных, вход которого соединен с выходом блока сбора, обработки и передачи информации, посредством N акустических комбинированных приемников образуется донная вертикально ориентированная эквидистантная антенна, в которой расстояние между акустическими комбинированными приемниками равно заданной погрешности определения вертикальной координаты (горизонта) источника звука Δz, а число приемников N=H/Δz, (H - глубина моря). Кроме того, в систему сбора, обработки и отображения информации дополнительно введены N-канальный блок вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора, обработки и отображения информации, блок определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом N-канального блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, N-канальный блок вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора, обработки и отображения информации, N-канальный блок вычисления азимутального угла, вход которого соединен с первым выходом N-канального блока вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, блок вычисления усредненного азимутального угла, первый вход которого соединен с выходом N-канального блока вычисления азимутального угла, а второй вход соединен с вторым выходом N-канального блока вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, причем усредненный азимутальный угол определяется формулой

где φn, Ixn, Iyn - азимутальный угол и компоненты вектора интенсивности, относящиеся к n-ому акустическому комбинированному приемнику, а за горизонт источника принимается горизонт акустического комбинированного приемника, которому соответствует максимум вертикальной компоненты вектора интенсивности, определяемый в блоке определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности. Информация с выхода блока вычисления усредненного азимутального угла и блока определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности поступает на первый и второй входы устройства доступа к цифровым сетям передачи данных.

Кроме того, для увеличения дальности обнаружения движущегося источника звука и поддержания с ним акустического контакта в систему сбора, обработки и отображения информации дополнительно введены сумматор, на вход которого поступают сигналы с выхода N-канального блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, анализатор спектра комплексной огибающей, вход которого соединен с выходом сумматора, вычислитель максимума спектра комплексной огибающей, вход которого соединен с выходом анализатора спектра комплексной огибающей, выход соединен с третьим входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, а в качестве признака обнаружения движущегося источника звука принимается степень превышения максимума спектра комплексной огибающей вертикальной компоненты вектора интенсивности, принимаемая в качестве предварительно определенного порога обнаружения, над предварительно определенным уровнем спектральной плотности фоновой шумовой помехи.

Такое устройство по технической сути является наиболее близким к предлагаемому изобретению. Его недостатком является сравнительно малая помехоустойчивость и невысокая точность определения горизонта источника. Это объясняется тем, что элементарный приемник вертикальной компоненты вектора интенсивности является дипольным приемником, помехоустойчивость которого составляет 5-10 дБ, а сама вертикальная компонента вектора интенсивности недостаточно хорошо локализована на горизонте источника.

Задачей настоящего изобретения является повышение помехоустойчивости гидроакустического комплекса в целом и повышение точности определения горизонта источника.

Для решения этой задачи в гидроакустическом измерительном комплексе, содержащем донную вертикально ориентированную эквидистантную антенну из N акустических комбинированных приемников, 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 и оптический излучатель, связанный оптической линией связи с оптическим ресивером, систему сбора, обработки и отображения информации, содержащую блок сбора, обработки и отображения информации, вход которого соединен с выходом оптического ресивера, устройство доступа к цифровым сетям передачи данных, N-канальный блок вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора, обработки и отображения информации, блок определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом N-канального блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, N-канальный блок вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора, обработки и отображения информации, N-канальный блок вычисления азимутального угла, вход которого соединен с первым выходом N-канального блока вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, блок вычисления усредненного азимутального угла, первый вход которого соединен с выходом N-канального блока вычисления азимутального угла, второй вход соединен с вторым выходом N-канального блока вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, а информация с выхода блока вычисления усредненного азимутального угла поступает на первый вход устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, сумматор, на вход которого поступают сигналы с выхода N-канального блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, анализатор спектра комплексной огибающей, вход которого соединен с выходом сумматора, вычислитель максимума спектра комплексной огибающей, вход которого соединен с выходом анализатора спектра комплексной огибающей, выход соединен с вторым входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, причем усредненный азимутальный угол определяется формулой

где φn, Ixn, Iyn - азимутальный угол и компоненты вектора интенсивности, относящиеся к n-ому акустическому комбинированному приемнику, а в качестве признака обнаружения движущегося источника звука принимается степень превышения максимума спектра комплексной огибающей вертикальной компоненты вектора интенсивности, принимаемая в качестве предварительно определенного порога обнаружения, над предварительно определенным уровнем спектральной плотности фоновой шумовой помехи, посредством N акустических комбинированных приемников образуются две идентичные донные вертикально ориентированные эквидистантные антенны по M=N/2 комбинированных приемников в каждой, в каждой антенне расстояние между акустическими комбинированными приемниками выбрано из условия l3≤λ/8, расстояние между акустическими комбинированными приемниками, расположенными на одном горизонте, выбрано из условия l1≤λ/4, где λ - длина волны на рабочей частоте, а локальные системы координат, связанные с каждым акустическим комбинированным приемником, ориентированы одинаковым образом.

Кроме того, в систему сбора, обработки и отображения информации дополнительно введена подсистема определения горизонта источника с повышенной помехоустойчивостью, содержащая (М-1)-канальный блок дифференцирования горизонтальных компонент вектора интенсивности по вертикальной координате, вход которого соединен с выходом блока вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, (М)-канальный блок дифференцирования вертикальной компоненты вектора интенсивности по горизонтальным координатам, вход которого соединен с выходом блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, (М-1) канальный блок вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, первый вход которого соединен с выходом блока дифференцирования горизонтальных компонент вектора интенсивности по вертикальной координате, а второй вход соединен с выходом блока дифференцирования вертикальной компоненты вектора интенсивности по горизонтальным координатам, (М-1)-канальный блок вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, а второй вход соединен с выходом блока вычисления усредненного азимутального угла, блок вычисления максимального значения горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, вход которого соединен с выходом блока вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, блок определения горизонта источника, первый вход которого соединен с выходом блока определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, второй вход соединен с выходом блока вычисления максимального значения горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, выход соединен с третьим входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, 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.

На выходе блока дифференцирования горизонтальных компонент вектора интенсивности по вертикальной координате для каждой четверки акустических комбинированных приемников, принадлежащих попарно двум донным вертикально ориентированным идентичным эквидистантным антеннам, вычисляются величины

где четные номера относятся к одной из двух вертикальных антенн, а нечетные номера относятся к другой антенне.

На выходе блока дифференцирования вертикальной компоненты вектора интенсивности по горизонтальным координатам для каждой четверки акустических комбинированных приемников, принадлежащих попарно двум донным вертикально ориентированным идентичным эквидистантным антеннам, вычисляются величины

где α - заранее определенный угол между осью x локальной системы координат, связанной с комбинированным приемником, и конструктивно заданным направленным отрезком l1.

На выходе блока вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности для каждой четверки акустических комбинированных приемников, принадлежащих попарно двум донным вертикально ориентированным идентичным эквидистантным антеннам, вычисляются величины

На выходе блока вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат для каждой четверки акустических комбинированных приемников, принадлежащих попарно двум донным вертикально ориентированным идентичным эквидистантным антеннам, вычисляются величины

где 〈φ〉 - усредненное значение азимутального угла на источник звука, вычисляемое по формуле (3) в блоке вычисления усредненного азимутального угла, а ось r в повернутой системе координат направлена на источник звука.

Таким образом, на выходах блока определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности и блока вычисления максимального значения горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат мы получаем две оценки горизонта локализации источника звука. Эти две оценки равносильны, не противоречат друг другу и отличаются только помехоустойчивостью по отношению к внешним помехам. Поэтому в качестве горизонта локализации источника звука принимается среднее значение этих оценок.

В заявляемом гидроакустическом комплексе существенными признаками общими с прототипом являются:

- N акустических комбинированных приемников, каждый из которых состоит из гидрофона, трехкомпонентного векторного приемника и соединенных с ними усилителей,

- телеметрический блок, включающий делители напряжения, аналого-цифровую преобразующую схему, единую схему электронного мультиплексирования, модулятор и оптический излучатель, связанный оптической линией связи с оптическим ресивером,

- система сбора, обработки и передачи информации, содержащая блок сбора, обработки и передачи информации, и устройство доступа к цифровым сетям передачи данных,

- акустическими комбинированными приемниками образуется донная вертикально ориентированная эквидистантная антенна,

- N-канальный блок вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора, обработки и отображения информации,

- блок определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом N-канального блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности,

- N-канальный блок вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора, обработки и отображения информации,

- N-канальный блок вычисления азимутального угла, вход которого соединен с первым выходом N-канального блока вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности,

- блок вычисления усредненного азимутального угла, первый вход которого соединен с выходом N-канального блока вычисления азимутального угла, а второй вход соединен с вторым выходом N-канального блока вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности,

усредненный азимутальный угол определяется формулой

,

где φn, Ixn, Iyn - азимутальный угол и компоненты вектора интенсивности, относящиеся к n-у акустическому комбинированному приемнику,

- сумматор, вход которого соединен с выходом N-канального блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности,

- анализатор спектра комплексной огибающей, вход которого соединен с выходом сумматора,

- вычислитель максимума спектра комплексной огибающей, вход которого соединен с выходом анализатора спектра комплексной огибающей,

- в качестве признака обнаружения движущегося источника звука принимается степень превышения максимума спектра комплексной огибающей вертикальной компоненты вектора интенсивности, принимаемая в качестве предварительно определенного порога обнаружения, над уровнем спектральной плотности фоновой шумовой помехи.

Отличительными существенными признаками являются:

- посредством N акустических комбинированных приемников образуются две идентичные донные вертикально ориентированные эквидистантные антенны по M=N/2 комбинированных приемников в каждой, в каждой антенне расстояние между акустическими комбинированными приемниками выбрано из условия l3≤λ/8, расстояние между акустическими комбинированными приемниками, расположенными на одном горизонте, выбрано из условия l1≤λ/4, где λ - длина волны на рабочей частоте, а локальные системы координат, связанные с каждым акустическим комбинированным приемником, ориентированы одинаковым образом;

- подсистема определения горизонта источника, которая включает:

- (М-1)-канальный блок дифференцирования горизонтальных компонент вектора интенсивности по вертикальной координате, вход которого соединен с выходом блока вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности,

- (М)-канальный блок дифференцирования вертикальной компоненты вектора интенсивности по горизонтальным координатам, вход которого соединен с выходом блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности,

- (М-1) канальный блок вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, первый вход которого соединен с выходом блока дифференцирования горизонтальных компонент вектора интенсивности по вертикальной координате, а второй вход соединен с выходом блока дифференцирования вертикальной компоненты вектора интенсивности по горизонтальным координатам,

- (М-1)-канальный блок вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, а второй вход соединен с выходом блока вычисления усредненного азимутального угла,

- блок вычисления максимального значения горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, вход которого соединен с выходом блока вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат,

- блок определения горизонта источника, первый вход которого соединен с выходом блока определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, второй вход соединен с выходом блока вычисления максимального значения горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, выход соединен с третьим входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных;

- 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.

Таким образом, именно такая совокупность существенных признаков заявленного устройства позволяет создать гидроакустический измерительный комплекс для измерения азимутального угла на источник звука и горизонта источника, увеличить помехоустойчивость измерительного комплекса за счет привлечения дополнительной информации и дополнительных измерений горизонтальной компоненты ротора вектора интенсивности. Новизна предлагаемого устройства заключается в том, что в нем впервые предложена и реализована конструктивно и схемотехнически процедура пространственного дифференцирования поля вектора интенсивности, позволяющая измерять угловую компоненту ротора вектора интенсивности и использовать эту информацию для повышения точности и помехоустойчивости определения горизонта источника звука.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлена донная вертикально ориентированная эквидистантная антенна, состоящая из двух подрешеток с общим якорным устройством, и схема расположения акустических приемников и источника звука относительно локальной системы координат; на фиг. 2 представлена блок-схема гидроакустического измерительного комплекса, на фиг. 3 представлена четверка акустических комбинированных приемников, принимающих участие в операции пространственного дифференцирования поля вектора интенсивности.

Заявленный гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося источника звука, измерения азимутального угла на источник звука и горизонта источника в мелком море содержит донную вертикально ориентированную эквидистантную антенну I, телеметрический блок II и систему III сбора, обработки и передачи информации.

В донной вертикально ориентированной эквидистантной антенне I посредством N акустических комбинированных приемников образуются две идентичные донные вертикально ориентированные эквидистантные антенны по M=N/2 комбинированных приемников в каждой, в каждой антенне расстояние между акустическими комбинированными приемниками выбрано из условия l3≤λ/8, расстояние между акустическими комбинированными приемниками, расположенными на одном горизонте, выбрано из условия l1≤λ/4, где λ - длина волны на рабочей частоте, а локальные системы координат, связанные с каждым акустическим комбинированным приемником, ориентированы одинаковым образом.

Каждый из N акустических комбинированных приемников состоит из гидрофона, трехкомпонентного векторного приемника и соединенных с ними усилителей (на чертеже не показаны). Геометрия расположения акустических приемников и источника звука относительно локальной системы координат поясняется фиг. 1.

Телеметрический блок II включает: делители 1 напряжения, аналого-цифровую преобразующую схему 2, единую схему 3 электронного мультиплексирования, модулятор 4 и оптический излучатель 5, связанный оптической линией 6 связи с оптическим ресивером 7. Система III сбора, обработки и передачи информации содержит: блок 8 сбора, обработки и передачи информации, N-канальный блок 9 вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока 8, блок 10 определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом N-канального блока 9 вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, N-канальный блок 11 вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока 8 сбора, обработки и отображения информации, N-канальный блок 12 вычисления азимутального угла, вход которого соединен с первым выходом N-канального блока 11 вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, блок 13 вычисления усредненного азимутального угла, первый вход которого соединен с выходом N-канального блока 12 вычисления азимутального угла, а второй вход соединен с вторым выходом N-канального блока 11 вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности. Информация с выхода блока 13 вычисления усредненного азимутального угла поступает на вход устройства 14 доступа к цифровым сетям передачи данных. Для решения проблемы обнаружения источника звука в систему III сбора, обработки и передачи информации включены сумматор 15, вход которого соединен с выходом N-канального блока 9 вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, анализатор 16 спектра комплексной огибающей, вход которого соединен с выходом сумматора 15, вычислитель 17 максимума спектра комплексной огибающей, вход которого соединен с выходом анализатора 16 спектра комплексной огибающей, а выход соединен с вторым входом устройства 14 доступа к цифровым сетям передачи данных.

Кроме того, для повышения помехоустойчивости системы, увеличения точности определения горизонта источника звука в гидроакустический комплекс дополнительно введена подсистема IV определения горизонта источника с повышенной помехоустойчивостью, содержащая (М-1)-канальный блок 18 дифференцирования горизонтальных компонент вектора интенсивности по вертикальной координате, вход которого соединен с выходом блока 11 вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, (М)-канальный блок 19 дифференцирования вертикальной компоненты вектора интенсивности по горизонтальным координатам, вход которого соединен с выходом блока 9 вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, (М-1) канальный блок 20 вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, первый вход которого соединен с выходом блока 18 дифференцирования горизонтальных компонент вектора интенсивности по вертикальной координате, а второй вход соединен с выходом блока 19 дифференцирования вертикальной компоненты вектора интенсивности по горизонтальным координатам, (М-1)-канальный блок 21 вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, первый вход которого соединен с выходом блока 20 вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, а второй вход соединен с выходом блока 13 вычисления усредненного азимутального угла, блок 22 вычисления максимального значения горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, вход которого соединен с выходом блока 21 вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, блок 23 определения горизонта источника, первый вход которого соединен с выходом блока определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, второй вход соединен с выходом блока вычисления максимального значения горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, выход соединен с третьим входом устройства 14 доступа к цифровым сетям передачи данных, 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.

Гидроакустический комплекс работает следующим образом.

Звуковая волна, излучаемая источником звука, принимается акустическими комбинированными приемниками, образующими донную вертикально ориентированную эквидистантную антенну I. Все сигналы с выходов акустических приемников поступают на вход телеметрического блока II, а после прохождения через делители напряжения 1, аналого-цифровую преобразующую схему 2 и единую схему 3 электронного мультиплексирования преобразуются в поток цифровой информации, поступающий через модулятор 4, оптический излучатель 5 и оптическую линию 6 связи на оптический ресивер 7. С выхода оптического ресивера 7 информация поступает в цифровом виде на вход блока 8 сбора, обработки и отображения информации, находящегося в системе III сбора, обработки и отображения информации. В блоке 8 сбора, обработки и отображения информации сигналы вновь разделяются по отдельным каналам звукового давления и компонент вектора колебательной скорости и после применения быстрого преобразования Фурье (БПФ) поступают в виде соответствующих спектральных плотностей p(ω,r(t)), vz(ω,r(t)), vx(ω,r(t)), vy(ω,r(t)) в соответствующие блоки для последующей обработки.

С первого выхода блока 8 сигналы поступают в N-канальный блок 9 вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности для каждого из N акустических комбинированных приемников с последующим нахождением максимального из этих значений в блоке 10. Та же сигнальная информация с выхода блока 8 сбора, обработки и отображения информации поступает на вход N-канального блока 11 вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, с первого выхода которого численные значения горизонтальных компонент вектора интенсивности Ix(ω,r(t)), Iy(ω,r(t)) поступают на вход N-канального блока 12 вычисления азимутального угла. Численные оценки азимутального угла на источник звука, вычисленные по формуле (1) для каждого из N акустических комбинированных приемников, усредняются в блоке 13 по формуле (3), а усредненные значения азимутального угла передаются на первый вход устройства 14 доступа к цифровым сетям передачи данных. Кроме того, сигналы с выхода блока 9 вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности подаются на вход сумматора 15, с выхода которого суммарный сигнал вертикальной компоненты вектора интенсивности поступает на вход анализатора 16 спектра комплексной огибающей, выполняющего вторичную спектральную обработку комплексной огибающей сигнала вертикальной компоненты вектора интенсивности.

С выхода анализатора 16 спектра комплексной огибающей сигнал поступает на вход вычислителя 17 максимума спектра комплексной огибающей, выход которого соединен с вторым входом устройства 14 доступа к цифровым сетям передачи данных. В качестве критерия обнаружения движущегося источника звука берется обычно степень превышение максимума спектральной плотности комплексной огибающей вертикальной компоненты вектора интенсивности по отношению к уровню спектральной плотности фоновой шумовой помехи. Сама степень превышения обычно измеряется в децибелах и называется порогом обнаружения, который предварительно задается оператором.

Кроме того, сигнальная информация поступает на вход подсистемы IV определения горизонта источника с повышенной помехоустойчивостью. Эта подсистема содержит блоки 18-19 пространственного дифференцирования поля вектора интенсивности по формулам (4)-(5), с выходов которых сигналы поступают на вход блока 20 вычисления горизонтальных компонент Hx, Hy ротора вектора интенсивности по формулам (6). Однако, горизонтальная компонента ротора вектора интенсивности принимает максимальное значение в системе координат, повернутой на азимутальный угол <φ>, который определяется в блоке 13 определения усредненного азимутального угла на источник звука. Для ее нахождения сигналы с выхода блока 20 вычисления горизонтальных компонент Hx, Hy ротора вектора интенсивности и с выхода блока 13 определения усредненного азимутального угла на источник звука поступают на входы блока 21 вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат по формулам (7), после чего в блоке 22 определяется максимальное значение угловой компоненты ротора вектора интенсивности Нφ. Для определения истинного значения горизонта источника оценки этой величины, полученные в блоках 10, 22, усредняются в блоке 23 и поступают на третий вход устройства 14 доступа к цифровым сетям передачи данных.

Гидроакустический измерительный комплекс для обнаружения движущегося источника звука, измерения азимутального угла на источник звука и горизонта источника в мелком море, содержащий N акустических комбинированных приемников, образующих донную вертикально ориентированную эквидистантную антенну, 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, вход которого соединен с выходом оптического ресивера, и устройство доступа к цифровым сетям передачи данных, N-канальный блок вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора, обработки и отображения информации, блок определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом N-канального блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, N-канальный блок вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора, обработки и отображения информации, N-канальный блок вычисления азимутального угла, вход которого соединен с первым выходом N-канального блока вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, блок вычисления усредненного азимутального угла, первый вход которого соединен с выходом N-канального блока вычисления азимутального угла, второй вход соединен с вторым выходом N-канального блока вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, а выход соединен с первым входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, сумматор, вход которого соединен с выходом N-канального блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, анализатора спектра комплексной огибающей, вход которого соединен с выходом сумматора, вычислитель максимума спектра комплексной огибающей, вход которого соединен с выходом анализатора спектра комплексной огибающей, а выход соединен с вторым входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, причем усредненный азимутальный угол определяется формулой

где φn, Ixn, Iyn - азимутальный угол и горизонтальные компоненты вектора интенсивности, относящиеся к n-у акустическому комбинированному приемнику, а в качестве признака обнаружения движущегося источника звука принимается степень превышения максимума спектра комплексной огибающей вертикальной компоненты вектора интенсивности, принимаемая в качестве предварительно определенного порога обнаружения, над уровнем спектральной плотности фоновой шумовой помехи, отличающийся тем, что посредством N акустических комбинированных приемников образуются две идентичные донные вертикально ориентированные эквидистантные антенны по M=N/2 комбинированных приемников в каждой, в каждой антенне расстояние между акустическими комбинированными приемниками выбрано из условия l3≤λ/8, расстояние между акустическими комбинированными приемниками, расположенными на одном горизонте, выбрано из условия l1≤λ/4, где λ - длина волны на рабочей частоте, а локальные системы координат, связанные с каждым акустическим комбинированным приемником, ориентированы одинаковым образом, в систему сбора, обработки и передачи информации дополнительно введена подсистема определения горизонта источника с повышенной помехоустойчивостью, содержащая (М-1)-канальный блок дифференцирования горизонтальных компонент вектора интенсивности по вертикальной координате, вход которого соединен с выходом блока вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, (М)-канальный блок дифференцирования вертикальной компоненты вектора интенсивности по горизонтальным координатам, вход которого соединен с выходом блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, (М-1) канальный блок вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, первый вход которого соединен с выходом блока дифференцирования горизонтальных компонент вектора интенсивности по вертикальной координате, а второй вход соединен с выходом блока дифференцирования вертикальной компоненты вектора интенсивности по горизонтальным координатам, (М-1)-канальный блок вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, а второй вход соединен с выходом блока вычисления усредненного азимутального угла, блок вычисления максимального значения горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, вход которого соединен с выходом блока вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, блок определения горизонта источника, первый вход которого соединен с выходом блока определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, второй вход соединен с выходом блока вычисления максимального значения горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, выход соединен с третьим входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, 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.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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

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.
Наверх