Гидролокационный способ классификации подводных объектов в контролируемой акватории

Изобретение относится к гидроакустическим методам освещения акватории и может быть использовано для построения и разработки гидролокационных станций освещения подводной обстановки в акватории. Гидролокационный способ обнаружения подводных объектов в контролируемой акватории, при котором последовательно облучают водное пространство зондирующими сигналами, принимают эхо-сигналы от объектов статическим веером характеристик направленности, фильтруют, запоминают все принятые эхо-сигналы по всем пространственным направлениям, определяют помеху и выбирают порог, в каждом пространственном канале сравнивают амплитуды эхо-сигналов с порогом и определяют амплитуду превышения порога и время превышения порога, определяют максимальную амплитуду отсчета, превысившего порог, определяют разность времени между эхо-сигналами по нескольким последовательным излучениям, определяют радиальную скорость объекта по нескольким циклам излучение-прием и стабильность оценки радиальной скорости на интервале наблюдения и по измеренным параметрам определяют класс обнаруженного объекта. 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при обнаружении малоподвижных объектов в условиях гидролокационного наблюдения в контролируемых условиях морской акваторий.

Известен способ автоматической классификации подводных объектов подвижным гидролокатором по патенту РФ №2461020, который содержит излучение зондирующего сигнала подвижным гидролокатором, прием эхо-сигнала, обработку информации в пространственных каналах статического веера характеристик направленности и по количеству характеристик направленности, в которых обнаружен объект, классификацию на малоразмерный объект или крупноразмерный объект. Известна система автоматической классификации подводных объектов с помощью подвижного гидролокатора по патенту РФ №2465618, которая реализует излучение зондирующего сигнала, прием и обработку эхо-сигнала, идентификацию сигналов между каналами, измерение угловой протяженности объекта, измерение его радиальной протяженности, и принятие решения о классе объекта.

Недостатком этих способов является то, что с их помощью нельзя классифицировать объекты на классы неподвижный и малоподвижный, поскольку сам гидролокатор движется и эхо-сигналы, принимаемые гидролокатором, от посылки к посылке будут изменяться в зависимости от направления приема и скорости собственного движения.

Известен гидролокационный способ обнаружения подводных объектов, движущихся с малой скоростью в контролируемой акватории, по патенту РФ №2242021. Гидролокационный способ обнаружения подводных объектов, движущихся с малой скоростью, включает последовательное облучение водного пространства гидроакустическими сигналами по различным направлениям с неподвижного гидролокатора, прием эхо-сигналов от объектов, фильтрацию и отображение на двухкоординатном индикаторе принятых эхо-сигналов одновременно по М-направлениям. При этом осуществляют К циклов излучение-прием, запоминают все принятые эхо-сигналы, дискретизируют по дистанции, отображают их на экране в виде яркостных отметок так, что по каждому из М-направлений последовательно К раз отображается L элементов дистанции, сохраняют КL элементов и отображают на индикаторе L элементов последнего цикла излучения прием, а решение об обнаруженном объекта по К-му направлению принимают по появлению на индикаторе трассы, образованной яркостными отметками эхо-сигналов, полученными в циклах излучение-прием, классификацию неподвижных и малоподвижных объектов оператор осуществляет по наличию наклона трасс яркостных отметок.

Недостатком способа является то, что обнаружение объектов и классификация обнаруженных объектов производится оператором по виду информации отображаемой на индикаторе, а классификация осуществляется по виду трассы при перемещении объекта, для чего требуется большое время наблюдения, порядка 15 циклов излучения - приема.

Известен гидролокационный способ обнаружения подводных объектов в контролируемой акватории по патенту РФ №2593824 от 18.06.2016, при котором последовательно облучают водное пространство зондирующими сигналами, принимают эхо-сигналы от объектов статическим веером характеристик направленности, фильтруют, запоминают все принятые эхо-сигналы, дискретизируют по дистанции по элементам дистанции L, отображают их на двухкоординатном индикаторе по первому циклу излучение-прием, по первым временным элементам дистанции L1 всех пространственных направлений М определяют помеху и выбирают порог, в каждом пространственном канале по всем элементам дистанции L сравнивают амплитуды эхо-сигналов с порогом и определяют амплитуду превышения порога и время превышения порога, определяют максимальную амплитуду отсчета, превысившего порог, определяют разность времени между началом элемента Lp, где p - номер элемента дистанции, в котором обнаружен эхо-сигнал, и временным положением отсчета с максимальной амплитуды Δtmax1, определяют число N отсчетов в интервала Lр, превысивших порог, определяют радиальную протяженность ΔS объекта в элементе дистанции Lp по формуле ΔS=(tN-t1)C, где tN - время последнего отсчета, превысившего порог, t1 - время первого отсчета, превысившего порог в выбранном элементе дистанции, С - скорость распространения звука, запоминают измеренные параметры, производят следующий цикл излучение-прием, повторяют процедуру измерения, определяют те направления М и те элементы дистанции L, которые совпадают в первом и втором циклах излучение-прием, определяют радиальную скорость объекта по формуле Vрад=(Δt2max-Δt1max)C\ΔTk, где, ΔTk - интервал между циклами излучение-прием, Δt2max, - интервал между временным положением максимума и временем начала элемента дистанции второго цикла излучение-прием, формируют табло результатов классификации по измеренным параметрам: направлению Mi, в котором произошло обнаружение, номеру элемента дистанции Lр, числу превышений порога N, радиальной протяженности ΔS и радиальной скорости Vрад, если Vрад=0, то принимают решение, что объект неподвижный, если Vрад≠0, принимают решение, что объект малоподвижный, а решение о классе малоподвижного объекта принимает оператор по анализу измеренных параметров.

Недостатком рассматриваемого способа является то, что производится классификация обнаруженных объектов только на классы подвижный и неподвижный, а класс конкретного подвижного объекта при этом не определен.

Задачей изобретения является классификация малоподвижных малоразмерных объектов.

Техническим результат изобретения заключается в обеспечении классификации обнаруженных малоподвижных объектов на классы: малоподвижный малоразмерный объект типа подводного пловца и малоразмерный малоподвижный объект с искусственным двигателем.

Для решения поставленной задачи в известный гидролокационный способ обнаружения подводных объектов в контролируемой акватории, при котором последовательно облучают водное пространство зондирующими сигналами, принимают эхо-сигналы от объектов статическим веером характеристик направленности, фильтруют, запоминают все принятые эхо-сигналы по всем пространственным направлениям, определяют помеху и выбирают порог, в каждом пространственном канале сравнивают амплитуды эхо-сигналов с порогом и определяют амплитуду превышения порога и время превышения порога, определяют максимальную амплитуду отсчета, превысившего порог, определяют разность времени между эхо-сигналами по каждому из нескольких последовательных излучений, определяют радиальную скорость объекта, введены новые признаки, а именно по нескольким циклам излучение-прием, определяют среднее значение радиальной скорости, определяют среднеквадратичное отклонение (СКО) значения среднего значения радиальной скорости, определяют интервал N циклов излучение-прием, в котором сохраняется стабильность оценки радиальной скорости, определяют изменение радиальной скорости от максимального значения до минимального значения, если оценка скорости меняется на интервале больше, чем N циклов излучение-прием, и отношение СКО к среднему значению скорости меньше 0,5, средняя скорость больше Vпор, то это малоразмерный малоподвижный объект с искусственным двигателем, если оценка скорости меняется меньше чем за N циклов излучения прием и отношение СКО к среднему значение больше 0,5 при средней скорости меньше Vпор, то это малоподвижный малоразмерный объект типа подводного пловца без двигателя, при этом Vпор определяется по минимальной скорости движения малоподвижного малоразмерного объекта.

Поясним сущность предлагаемого технического решения. В контролируемой акватории могут находиться малоподвижные объекты нескольких классов. Прежде всего, основной задачей обнаружения являются подводные пловцы, которые могут передвигаться с помощью ласт или с помощью малогабаритного искусственного движителя, управляемого пловцом. Эти объекты не отличаются эквивалентным радиусом отражения и протяженностью, что определяется уровнем эхо-сигнала, отраженного их корпусом, а отличаются скоростью движения, что определяется радиальной скоростью движения или величиной изменения расстояния (ВИР) и характером изменения скорости движения во времени.

Движения подводного пловца с ластами являются наименее стабильным на фиксированном временном интервале движения и зависят от физических усилий каждого индивидуального исполнителя, поэтому на интервале наблюдения оценка ВИР будет иметь наибольший разброс. Наименьший разброс оценки ВИР наблюдается у пловцов с использованием малогабаритного движителя. Пловец с малогабаритным движителем выбирает направление движения и перемещается в этом направлении с постоянной скоростью. Изменение направления движения происходит при очередном определении положения после значительного интервала времени. Поэтому оценка ВИР будет наиболее стабильна на фиксированном интервале именно для этого класса малоподвижных малоразмерных объектов. Наименьшей скоростью будут обладать пловцы с естественной формой движения с помощью ласт. Этой форме движения соответствуют наименьшие интервалы постоянного направления движения, поэтому оценка ВИР будет часто изменяться. При большой частоте излучения зондирующих сигналов можно получить большое число оценок ВИР, которые определяются как разность измеренных дистанций за время между излучениями. Измеряя величину изменения расстояния можно определить среднее значение скорости Vcp на интервале циклов излучение-прием N, на котором оценка скорости стабильна. Поскольку сама скорость движения пловца с ластами мала, то отношение изменения скорости как величина разницы между максимальным значением и минимальным значением Vмакс - Vмин, что известно из литературы по статистической обработке как «Размах» (И.Г. Венецкий, В.И. Венецкая «Основные математико-статистические понятия и формулы в экономическом анализе». - М.: Статистика, 1979 г.), будет наибольшей и соизмеримой с оценкой средней скорости. Поэтому и отношение размаха к среднему значения Vcp так же будет наибольшим, что может быть выбрано в качестве классификационного признака Q=(Vмакс-Vмин)/Vcp Движение пловца с использованием малогабаритного движителя характеризуется продолжительными интервалами движения с постоянной скоростью в выбранном направлении. В этом случае и среднее значение скорости будет наибольшим и стабильным на интервале наблюдения, поскольку движение пловца с двигателем обладает большей инерцией, чем движение одиночного пловца с ластами. Поэтому отношение размаха между максимальной оценкой скорости и минимальной оценкой скорости на интервале наблюдения будет наименьшим. В качестве классификационного признака может быть использована и сама оценка средней скорости движения. Она будет наименьшая для пловца с ластами, поэтому при формировании решающего правила используются пороговые ограничения, которые могут быть получены при проведении реальных измерительных процедур для данного типа гидролокатора. В качестве Vпор целесообразно выбрать минимальное движение малоразмерного малоподвижного пловца без ласт.

Блок-схема устройства, реализующего предлагаемы способ, приведена на фиг. 1.

На фиг. 1 антенна 1 соединена двусторонней связью с коммутатором 2 приема-передачи, приемным устройством 3, блоком 4 обработки входной многоканальной информации, спецпроцессором 5, в состав которого входят последовательно соединенные блок 6 измерения помехи и выбора порога, блок 7 измерения ВИРа, блок 8 определения среднего значения оценки ВИРа, блок 9 определения размаха оценки ВИРа, блок 10 определения интервала стабильности оценки ВИРа, блок 11 формирования классификационных признаков. Выход спецпроцессора 5 через блок классификации 12, блок отображения и управления 13 соединены через задающий генератор 14 со вторым входом коммутатора приема-передачи 2.

Антенна 1, коммутатор приема-передачи 2, многоканально приемное устройство 3 используются в прототипе и известны как составные части современных гидролокаторов, также известен и используется в прототипе блок 4 обработки входной многоканальной информации (Яковлев А.Н. Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. - Л.: Судостроение, 1983 г.).

Принципы цифрового преобразование и обработки достаточно подробно приведены в работе: Рокотов С.П. Титов. М.С. «Обработка гидроакустической информации на судовых ЦВМ - Л.: Судостроение, 1979 г., стр 32…42 и в книге «Применение цифровой обработки сигналов» п/р Оппенгейма. - М.: Мир, 1980 г., стр. 389…436.

Цифровые процессоры являются известными устройствами, которые предназначены для осуществления конкретных алгоритмов обработки с использованием аппаратных решений и жесткой логикой вычислений. Их применение повышает быстродействие цифровых вычислительных систем в несколько раз и в большинстве случаев сокращает аппаратные затраты. Описания спецпроцессоров приведены в книге: Корякин Ю.А. Смирнов С.А. Яковлев Г.В. «Корабельная гидроакустическая техника». - Санкт Петербург: Изд. Наука, 2004 г., на стр. 281. Там же приведено описание гидроакустических комплексов и гидролокаторов, построенных на основе спецпроцессоров, стр. 296, стр. 328. В спецпроцессоре могут быть реализованы все блоки предлагаемого устройства.

Реализация заявленного способа с помощью устройства, фиг. 1, осуществляется следующим образом: обработка эхо-сигнала начинается сразу же после окончания излучения. На вход антенны 1 поступает аналоговый эхо-сигнал по всем пространственным каналам и через коммутатор 2 последовательно по всем каналам через приемное устройство 3, в котором происходит фильтрация сигнала, усиление входного сигнала по всем пространственным каналам, поступают в блок 4 обработки входной многоканальной информации, где преобразуется в цифровой вид и передаются в спецпроцессор 5. В блоке 6 производится измерение помехи выбор порога и обнаружение превышения порога амплитудой эхо-сигнала. После измерения помехи и выбора порога следует процедура обнаружения эхо-сигнала, которая производится последовательно по всем каналам и по всем элементам дистанции. Определяются выбросы эхо-сигнала, превысившие порог, оценивают амплитуду эхо-сигнала, временное положение эхо-сигнала и пространственное положение эхо-сигнала, которое можно оценить по одной посылке и передать для дальнейшей обработки в блоке 7. Полученные по нескольким посылкам результаты измерений позволяют определить радиальную скорость или ВИР. Эти оценки передаются в блок 8 для определения среднего значения оценки ВИРа, блок 9 определения размаха ВИРа и в блок 10 определения интервала стабильности оценки ВИРа. На основании проведенных измерений в блоке 11 производится вычисление классификационных признаков, которые передаются в блок 12 классификации, где принимается решение о классе цели. В блоке 13 отображения и управления класс цели и выработанные классификационные признаки предоставляются оператору для окончательного принятия решения и для дополнительного излучения зондирующего сигнала и подтверждения принятого решения.

Таким образом, используя предлагаемую последовательность операций, можно обеспечить автоматическое обнаружение малоподвижного малоразмерного объекта, измерить радиальную скорость обнаруженного объекта по нескольким посылкам, и определить классификационные признаки на основе статистической обработки, и вынести решения о классе малоподвижного малоразмерного объекта: малоподвижный малоразмерный объект типа подводного пловца или малоразмерный малоподвижный объект с искусственным двигателем.

Гидролокационный способ классификации подводных объектов в контролируемой акватории, при котором последовательно облучают водное пространство зондирующими сигналами, принимают эхо-сигналы от объектов статическим веером характеристик направленности, фильтруют, запоминают все принятые эхо-сигналы по всем пространственным направлениям, определяют помеху и выбирают порог, в каждом пространственном канале сравнивают амплитуды эхо-сигналов с порогом и определяют амплитуду превышения порога и время превышения порога, определяют максимальную амплитуду отсчета, превысившего порог, определяют разность времени между эхо-сигналами по нескольким последовательным излучениям, определяют радиальную скорость объекта, отличающийся тем, что по нескольким циклам излучение-прием, определяют среднее значение радиальной скорости, определяют среднеквадратичное отклонение значения радиальной скорости, определяют интервал стабильности оценки радиальной скорости N, при котором оценка скорости постоянна, определяют изменение радиальной скорости от максимального значения до минимального значения, если оценка скорости меняется на интервале больше, чем N циклов излучение-прием и отношение СКО к среднему значению меньше 0,5, средняя скорость больше Vпор, то это малоразмерный малоподвижный объект с искусственным двигателем, если оценка скорости меняется меньше чем за N циклов излучение-прием, и отношение СКО к среднему значению больше 0,5 при средней скорости меньше Vпор, то это малоподвижный малоразмерный объект типа подводного пловца без двигателя, при этом Vпор определяется по минимальной скорости движения малоподвижного малоразмерного объекта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для исследований гидроакустических полей объектов шумоизлучения в натурном водоеме. Предложен носитель аппаратуры (НА) измерительного гидроакустического комплекса, выполненный в виде торпедообразного тела с хвостовым стабилизатором, в центре масс которого расположен гидрофон.

Настоящее изобретение относится к области нелинейной гидроакустики и может быть использовано для калибровки параметрического тракта гидролокатора. Задача изобретения состоит в уменьшении искажений отклика согласованного фильтра на полезный эхосигнал в параметрическом тракте гидролокатора.

Изобретение относится к устройствам для дистанционной оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоемов, и может быть использовано, например, для измерения потоков метана на шельфе, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из верхнего осадочного слоя дна.

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения координат обнаруженного объекта с использованием гидролокатора ближнего действия.

Изобретение относится к области военной техники. Устройство для уничтожения кораблей противника, содержащее торпедный аппарат и торпеду.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковым диагностическим системам. Диагностическая ультразвуковая система для измерения регургитирующего потока содержит ультразвуковой зонд, процессор изображений, фильтр пульсаций стенок сосудов, чувствительный к принятым отраженным сигналам, имеющий характеристику отклика, простирающуюся от нуля до пределов Найквиста, составляющих ±1, при этом характеристика отклика имеет только один максимум в диапазоне от 1/2 до 2/3 Найквиста, причем характеристика отклика постепенно увеличивается от нуля до максимума, система также содержит допплеровский процессор, процессор количественной оценки потока и устройство отображения.

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для автоматического обнаружения малоподвижных объектов. Гидролокационный способ обнаружения подводных объектов в контролируемой акватории, при котором последовательно облучают водное пространство сигналами, принимают эхосигналы от объектов статическим веером характеристик направленности, дискретизируют по дистанции, отображают их на двухкоординатном индикаторе, по первому циклу излучение-прием, по первым элементам дистанции всех пространственных направлений М определяют помеху и выбирают порог, в каждом пространственном канале по всем элементам дистанции L сравнивают амплитуды эхосигналов с порогом и определяют амплитуду превышения порога и время превышения порога, определяют максимальную амплитуду отсчета, превысившего порог, определяют разность времен между началом элемента Lp, р - номер элемента дистанции, в котором обнаружен эхосигнал, и временным положением максимальной амплитуды Δtmax1, определяют число N отсчетов в интервала Lp, превысивших порог, определяют радиальную протяженность ΔS объекта в элементе дистанции Lp по формуле ΔS=(tN-t1)C, где tN время последнего отсчета, превысившего порог, t1 - время первого отсчета, превысившего порог в выбранном интервале, С - скорость распространения звука, запоминают измеренные параметры, производят следующий цикл излучение-прием, повторяют процедуру измерения, определяют те направления М и те элементы дистанции L, которые совпадают в первом и втором циклах излучение-прием, определяют радиальную скорость объекта по формуле Vрад=(Δt2max-Δt1max)C\ΔTk, где ΔTk - интервал между циклами излучение-прием, Δt2max - интервал между временным положением максимума и временем начала элемента дистанции второго цикла излучение-прием, формируют табло результатов классификации по измеренным параметрам: направлению Mi, в котором произошло обнаружение, номеру элемента дистанции Lp, числу превышений порога N, радиальной протяженности ΔS, радиальной скорости Vрад, автоматически принимают решение, если ΔS<Lp, то объект малоразмерный, если Vрад=0, то принимают решение, что объект неподвижный, если Vрад≠0, принимают решение, что объект малоподвижный, а решение о классе малоподвижного, малоразмерного объекта принимает оператор по анализу измеренных параметров.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к гидроакустическим средствам освещения подводной обстановки с высокой разрешающей способностью. Сущность: в гидроакустической системе освещения подводной обстановки, содержащей подводный модуль в виде герметичного корпуса, в котором размещены антенный блок, блок генерации излучаемого сигнала, содержащий последовательно соединенные генератор, многоотводную линию задержки и многоканальный усилитель, и блок обработки принятого сигнала, включающий последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, а также блок обработки и графического отображения, соединенный кабельной линией связи с выходом подводного модуля, антенный блок выполнен в виде многоэлементной линейной антенны с совмещенными режимами излучения и приема, при этом подводный модуль снабжен многоканальным коммутатором, включенным между линейной антенной, многоканальным усилителем и блоком приемных усилителей, блоком управления, вход которого соединен с выходом блока аналого-цифровых преобразователей, а выход соединен с входом генератора, и интерфейсом, включенным между блоком управления и кабельной линией связи, причем блок обработки и графического отображения выполнен в виде надводного модуля, включающего последовательно соединенные с выходом интерфейса блок распаковки, блок фокусирующих задержек, блок формирователей характеристик направленности, блок корреляторов и графический дисплей.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для оценки регургитационного потока. Система содержит ультразвуковой датчик, содержащий матрицу преобразователей, процессор изображений, доплеровский процессор, процессор для вычисления потоков, выполненный с возможностью создания модели поля скоростей потока около местонахождения регургитационного потока и устройство отображения.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к гидроакустическим средствам освещения подводной обстановки с высокой разрешающей способностью. Сущность: в гидроакустической системе освещения ближней обстановки, содержащей подводный модуль в виде герметичного корпуса, в котором размещены антенный блок, блок генерации излучаемого сигнала, содержащий последовательно соединенные генератор, многоотводную линию задержки и многоканальный усилитель, и блок обработки принятого сигнала, включающий последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, а также блок обработки и графического отображения, соединенный кабельной линией связи с выходом подводного модуля, подводный модуль снабжен многоканальным коммутатором, включенным между антенным блоком, многоканальным усилителем мощности и блоком приемных усилителей, а также блоком управления коммутатором, вход которого соединен с выходом блока аналого-цифровых преобразователей, а выход соединен с входом генератора, и интерфейсом, включенным между блоком управления коммутатором и кабельной линией связи, причем антенный блок выполнен в виде многоэлементной линейной антенны, блок обработки и графического отображения выполнен в виде надводного модуля, размещенного на плавучей платформе и включающего последовательно соединенные с выходом интерфейса блок распаковки, блок корреляторов, блок секционирования, блок фокусирующих задержек, блок формирователей характеристик направленности, блок формирования акустического изображения с графическим дисплеем и блок управления, при этом подводный модуль закреплен к надводной платформе посредством штанги с сервоприводом с возможностью вращения вокруг оси, а блок управления включен между сервоприводом и блоком формирования акустического изображения.

Изобретение относится к гидроакустическим методам освещения акватории и может быть использовано для построения и разработки гидролокационных станций освещения подводной обстановки в акватории. Гидролокационный способ обнаружения подводных объектов в контролируемой акватории, при котором последовательно облучают водное пространство зондирующими сигналами, принимают эхо-сигналы от объектов статическим веером характеристик направленности, фильтруют, запоминают все принятые эхо-сигналы по всем пространственным направлениям, определяют помеху и выбирают порог, в каждом пространственном канале сравнивают амплитуды эхо-сигналов с порогом и определяют амплитуду превышения порога и время превышения порога, определяют максимальную амплитуду отсчета, превысившего порог, определяют разность времени между эхо-сигналами по нескольким последовательным излучениям, определяют радиальную скорость объекта по нескольким циклам излучение-прием и стабильность оценки радиальной скорости на интервале наблюдения и по измеренным параметрам определяют класс обнаруженного объекта. 1 ил.

Наверх