Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способам обработки гидроакустических сигналов в условиях реального канала распространения, и может применяться в гидроакустических системах связи, управления и позиционирования, где применяются алгоритмы сжатия и восстановления регистрируемых сигналов. Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение помехоустойчивости при решении задачи обнаружения тонального гидроакустического сигнала в условиях многочисленных отражений. Поставленная задача достигается следующим образом. Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов, основанный на способе деления спектра принимаемого сигнала Xt(ƒ) на спектр эталонного зондирующего импульса Х0(ƒ) и определении момента фиксирования отраженного сигнала по максимуму обратного преобразования Фурье над результатом деления спектров, согласно изобретению, с проведением фильтрации принимаемого сигнала на основе импульсной характеристики канала, полученной в результате обработки передаточной характеристики канала, которая определяется при анализе распространения и приема зондирующего пилот-сигнала с бесконечным спектром, а также дополнением метода деления спектров, заключающегося в делении спектра принятого сигнала на спектр сигнала-эталона, алгоритмом расчета порога обнаружения гидроакустического сигнала Н=-ln[1-(1-q)2/(N-2)] на основе статистических критериев обнаружения сигнала в шумах, и проведением последующей корректировки спектрально-корреляционным анализом, рассматривая регистрируемый сигнал как временной ряд, на основе расчета коэффициентов Фурье и и корреляционной функции на их основе Rkk2k2, при использовании правила максимума корреляции: если Rk>Rmax, то Rmax>Rk в данном окне корректировки величиной [-π;π], и расчете корректирующей фазы относительно нуля в момент обнаружения , при величине значения поправочной фазы , определяемой из соотношения , определяется истинный момент фиксирования отраженной составляющей в канале.

 

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно - к способам обработки гидроакустических сигналов в условиях реального канала распространения и может применяться в гидроакустических системах связи, управления и позиционирования. Способ обработки может быть использован для обнаружения гидроакустического тонального сигнала в условиях многократных отражений и помех.

Известен способ обнаружения сигнала, включающий операции взаимокорреляционного сравнения принятой реализации с квадратурными составляющими сигналов, возведения в квадрат корреляционных откликов результатов сравнения принятой реализации и квадратурных составляющих и суммирования результатов возведения в квадрат, (Патент РФ 2032917 «Способ обнаружения сигналов», Сапрыкин В.А., Бутырский Е.Ю., Беленков В.Н., Алексеев М.В, 1995.).

Недостатком данного способа являются невысокие параметры помехоустойчивости предложенного алгоритма и вероятности корректного обнаружения, незначительно отличающиеся от характеристик классической квадратурной обработки.

Известен способ поиска сигнала известной формы, а точнее, имеющего вид затухающего синусоидального сигнала, основанный на делении спектра разрешаемого сигнала на спектр эталонного сигнала, («Методы измерения параметров излучающих систем в ближней зоне», Л.Д. Бахрах. С.Д. Кременецкий, А.И. Курочкин и др, 1985; «Basic Theory of Probe-Compensated Near-Field Measurements)), Demetrius T. Paris, Edward B. Joy, W. Marshall Leach, JR, 1978):

,

где Xt(ƒ) - спектр принимаемого сигнала;

E(ƒ) - спектр помехи;

Х0(ƒ) - спектр эталонного сигнала;

kg - коэффициент амплитуды отраженной волны;

τn - задержка n-ой отраженной волны;

kn - коэффициент амплитуды n-ой отраженной волны;

ƒ - частота сигнала;

N - количество отраженных волн.

За эталонный сигнал применяется излученный зондирующий импульс, огибающая которого принимает форму функции Гаусса. Затем используется обратное преобразование Фурье над результатом деления спектров. Результат деления спектров представляется в виде дельта-функций, пики которых во временной области отражают моменты начала фиксирования в гидроакустическом сигнале отраженных импульсов. Данный способ наиболее близок к заявленному и далее именуется, как способ-прототип.

Недостатком способа-прототипа является низкая помехоустойчивость (34 дБ), а также чувствительность к величине ошибки регистрации начальной фазы тонального сигнала на АЦП приемника аппаратуры.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение помехоустойчивости при решении задачи обнаружения тонального гидроакустического сигнала в условиях многочисленных отражений.

Поставленная задача достигается следующим образом.

Предлагается способ разрешения тональных гидроакустических сигналов, основанный на способе деления спектра принимаемого сигнала Xt(ƒ) на спектр эталонного зондирующего импульса X0(ƒ) и определении момента фиксирования отраженного сигнала по максимуму обратного преобразования Фурье над результатом деления спектров, согласно изобретения, с проведением фильтрации принимаемого сигнала на основе импульсной характеристики канала, полученной в результате обработки передаточной характеристики канала, которая определяется при анализе распространения и приема зондирующего пилот-сигнала с бесконечным спектром, а также дополнением метода деления спектров, заключающегося в делении спектра принятого сигнала на спектр сигнала-эталона, алгоритмом расчета порога обнаружения гидроакустического сигнала Н=-ln[1-(1-q)2/(N-2)] на основе статистических критериев обнаружения сигнала в шумах, и проведением последующей корректировки спектрально-корреляционным анализом, рассматривая регистрируемый сигнал как временной ряд, на основе расчета коэффициентов Фурье и и корреляционной функции на их основе Rkk2k2, при использовании правила максимума корреляции: если Rk>Rmax, то Rmax>Rk в данном окне корректировки величиной [-π;π], и расчете корректирующей фазы относительно нуля в момент обнаружения , при величине значения поправочной фазы , определяемой из соотношения , определяется истинный момент фиксирования отраженной составляющей в канале.

Эквивалентное представление сигнала, получаемого путем прохождения отраженных копий зондирующего тонального импульса различных путей на разное время, в частотной области описывается следующим выражением:

,

где Xt(ƒ), Xg(ƒ), E(ƒ) - спектры сигналов St(t), Sg(t), e(t) соответственно. Принимая, что спектр искомого гидроакустического сигнала обозначается как X0(ƒ), выражение спектра сигнала может быть определено как:

Xg(ƒ)=kgХ0(ƒ),

где kg - амплитуда поверхностной составляющей. При делении поэлементно всех слагаемых формулы, описывающей эквивалентное представление сигнала на спектр эталонного сигнала, обнаружение отраженных составляющих сводится к определению пиков дельта-функции, как в способе-прототипе. Факт наличия или отсутствия сигнала в момент появления дельта-функции определяется величиной порога обнаружения сигнала, рассчитываемой исходя из статистических критериев обнаружения сигнала в шумах.

Отличительными признаками заявляемого способа являются: 1) предварительная фильтрация принятого отраженного гидроакустического сигнала; 2) использование статистических критериев обнаружения сигнала в шумах, рассматривая результат деления спектров как временной ряд; 3) уточнение момента обнаружения каждой из отраженных составляющих методом спектрально-корреляционного анализа.

Обзор известных изобретений показал, что заявленный способ обладает новым свойством, позволяющим минимизировать значение вероятности ложной тревоги, эффективно бороться с импульсной помехой и тем самым увеличить помехоустойчивость обработки гидроакустических сигналов, за счет выполнения операций в предложенной последовательности, а также эффективно разрешать отраженные составляющие.

Пример реализации способа.

Пусть есть гидролокатор бокового обзора с излучателем тональных сигналов со средней частотой сигнала ƒS=260416,66 Гц, длительность сигнала τ=0.0000768 мс. На входе приемного устройства пороговый детектор, работающий на частоте ƒд=1041666,66 Гц (частота АЦП в 4 раза выше частоты излученного сигнала), который осуществляет прием сигнала. Длительность периода зондирующего импульса d=76.8 мкс, количество периодов внутри импульса - 20. Сигнал, представляющий собой смесь полезного сигнала и шумовой составляющей, с выхода детектора фильтруется с помощью импульсной характеристики канала, которая определяется при зондировании пилот-сигналом бесконечного спектра (например, шумоподобным сигналом). В результате деления спектра принятой последовательности на спектр идеального шумоподобного сигнала находится передаточная функция, а с помощью обратного преобразования Фурье - импульсная характеристика канала, по полученным данным настраивается фильтр перед гидроакустической съемкой. Постобработка принимаемых акустических данных заключается в делении спектра принятого тонального сигнала, сформированного из множества отраженных эхо-импульсов, на спектр идеального эхо-импульса и определении моментов фиксирования каждой составляющей. После операции обнаружения с необходимым порогом все определенные моменты корректируются с применением спектрально-корреляционного анализа, в результате чего ошибка обнаружения уменьшается корректировкой рассчитанного смещения фазы сигнала относительно нуля.

Таким образом, достигается повышение помехоустойчивости при решении задачи обнаружения тонального гидроакустического сигнала в условиях многочисленных отражений.

Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов, основанный на способе деления спектра принимаемого сигнала на спектр эталонного зондирующего импульса и определении момента фиксирования отраженного сигнала по максимуму обратного преобразования Фурье над результатом деления спектров, отличающийся тем, что перед разрешением отраженных составляющих в сигнале происходит фильтрация принимаемого сигнала на основе импульсной характеристики канала, полученной в результате обработки передаточной характеристики канала, которая определяется при анализе распространения и приема зондирующего пилот-сигнала с бесконечным спектром, а также дополнением метода деления спектров, заключающегося в делении спектра принятого сигнала на спектр сигнала-эталона, алгоритмом расчета порога обнаружения гидроакустического сигнала Н=-ln[1-(1-q)2/(N-2)] на основе статистических критериев обнаружения сигнала в шумах, и проведением последующей корректировки спектрально-корреляционным анализом, рассматривая регистрируемый сигнал как временной ряд, на основе расчета коэффициентов Фурье и и корреляционной функции на их основе , при использовании правила максимума корреляции: если Rk>Rmax, то Rmax>Rk в данном окне корректировки величиной [-π:π], и расчете корректирующей фазы относительно нуля в момент обнаружения , при величине значения поправочной фазы , определяемой из соотношения , определяется истинный момент фиксирования отраженной составляющей в канале.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к эхокардиографии, а именно к отслеживанию пространственного предела визуального блокирования. Интерактивный инструмент визуального наведения для прибора содержит устройство отображения, зонд формирования изображения, модуль воспроизведения проекции, выполненный с возможностью представления на устройстве отображения изображения, причем инструмент выполнен с возможностью навигации пользователя по отношению к блокированию поля обзора и содержит блокировочный модуль, выполненный с возможностью обнаружения и пространственного ограничения упомянутого блокирования; и процессор отслеживания разграничения, выполненный с возможностью объединения знака, визуально представляющего указание границ, с изображением для совместной визуализации на устройстве отображения.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем автоматического обнаружения эхо-сигналов, принятых гидролокатором на фоне шумовой и реверберационной помехи и способ обнаружения объекта и измерения параметров содержит излучение зондирующего сложного сигнала длительностью Т и полосой F в момент tиз, формирования М-опорных сигналов, центральная частота которых сдвинута по частоте относительно излученного сигнала на величину К, прием эхо-сигнала, определение М корреляционных функций между эхо-сигналом и каждым из М-опорных сигналов, измерение амплитуды корреляционных функций, выбор корреляционной функции с максимальной амплитудой Амакс, определение временного положения максимума корреляционной функции tмакс для определения дистанции по формуле Д=0,5С(tмакс-tиз), где С - скорость звука, определение номера опорного сигнала Mtмакс для определения скорости Vtмакс, отображение результата на индикаторе, величина сдвига по частоте К не превышает 0,5/Т, определяют крайний номер опорного канала симметричного Мtмакс относительно частоты излучения и в этом канале определяют максимальное значение выброса корреляционной функции Апор, и, если Амакс>2Апор, то определяют амплитуды всех выбросов корреляционной функции канала с Амакс, величина которых превысила 0,5Амакс, определяют временное положение каждого выброса ti, определяют разность между крайними выбросами и протяженность эхо-сигнала L=0,5C(t1-tn), где t1 - первый выброс корреляционной функции, превысивший порог, tn - последний выброс корреляционной функции, превысивший порог, определяют число выбросов, превысивших порог N, и определяют класс цели по скорости, протяженности и числу выбросов.

Устройство (308) сконфигурировано для исследования пульсирующего потока для получения на основе исследуемого потока спектральных характеристик и для определения на основе полученных характеристик, какой один или более сердечных циклов следует выбрать в качестве репрезентативных для исследуемого потока.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к визуальному руководству пользователю по регулировке местоположения и ориентации формирующего изображения зонда.

Изобретение относится к способу управления подводным аппаратом. С надводного корабля выпускают подводный аппарат (ПА) и буй-ретранслятор, управляют наведением ПА на цель по линии связи надводного корабля с ПА через буй-ретранслятор, контролируют местонахождение ПА, контролируют местонахождение цели, контролируют местонахождение буя-ретранслятора, при сближении ПА с целью системы подают команду и переводят ПА в режим поиска цели.

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для обнаружения и измерения толщины льда на водной поверхности, а также для регистрации профиля нижней кромки льда с подводного объекта.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при проектировании и разработке систем активной гидролокации систем при обнаружении и классификации объектов.

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к устройствам регистрации акустических сигналов, и может быть использовано для обнаружения, определения местонахождения и классификации движущихся подводных объектов.

Способ измерения скорости движения цели гидролокатором, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала статическим веером характеристик направленности, обнаружение эхосигнала, измерение дистанции, измерение направления на объект, в котором измеряют уровень изотропной помехи после излучения зондирующего сигнала, выбирают порог, определяют номера пространственных каналов Ni, в которых произошло превышение порога, измеряют времена обнаружения эхосигналов, определяют максимальную амплитуду обнаруженного эхосигнала Ai в каждом канале, сравнивают времена обнаружений этих амплитуд и при совпадении времен определяют номера пространственных каналов, в которых совпадение произошло, и если эти пространственные каналы являются соседними, принимают решение, что принятый эхосигнал от одного объекта, а курсовой угол объекта определяют по формуле где Δβ° - ширина характеристики пространственного канала, Ni - номер характеристики направленности, в котором измерена максимальная амплитуда эхосигнала, Ai - значение максимальной амплитуды эхосигнала в канале Ni, Ai±1 - значение максимальной амплитуды в соседних пространственных каналах Ni±1, где обнаружен эхосигнал в том же временном интервале, излучают второй и последующий зондирующий сигналы, определяют дистанцию Дм, определяют где M - номер зондирующего сигнала, определяют величину изменения курсового угла ΔКУ=(КУ1-КУм) и знак изменения курсового угла, определяют тангенциальную составляющую расстояния Дт, пройденного целью за время MT, где M - число посылок при измерении, по формуле Дт=Дм SinΔКУ°, определяют тангенциальную скорость цели по формуле Vт=Дт\МТ, определяют радиальную скорость цели по формуле Vp=Vт tgΔКУ°, а полную скорость определяют по формуле 1 ил..

Изобретение относится к области активной локации, а именно к способам обработки эхосигналов в информационно-измерительных системах, системах РЛС и гидролокаторах, работающих в режимах активного распознавания слабоконтрастных целей с использованием инструментов сверхразрешения на фоне импульсных, широкополосных и распределенных в пространстве помех в радиолокации, гидролокации или других аналогичных системах.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способам обработки гидроакустических сигналов в условиях реального канала распространения, и может применяться в гидроакустических системах связи, управления и позиционирования, где применяются алгоритмы сжатия и восстановления регистрируемых сигналов. Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение помехоустойчивости при решении задачи обнаружения тонального гидроакустического сигнала в условиях многочисленных отражений. Поставленная задача достигается следующим образом. Способ разрешения тональных гидроакустических сигналов, основанный на способе деления спектра принимаемого сигнала Xt на спектр эталонного зондирующего импульса Х0 и определении момента фиксирования отраженного сигнала по максимуму обратного преобразования Фурье над результатом деления спектров, согласно изобретению, с проведением фильтрации принимаемого сигнала на основе импульсной характеристики канала, полученной в результате обработки передаточной характеристики канала, которая определяется при анализе распространения и приема зондирующего пилот-сигнала с бесконечным спектром, а также дополнением метода деления спектров, заключающегося в делении спектра принятого сигнала на спектр сигнала-эталона, алгоритмом расчета порога обнаружения гидроакустического сигнала Н-ln[1-2] на основе статистических критериев обнаружения сигнала в шумах, и проведением последующей корректировки спектрально-корреляционным анализом, рассматривая регистрируемый сигнал как временной ряд, на основе расчета коэффициентов Фурье и и корреляционной функции на их основе RkАk2+Вk2, при использовании правила максимума корреляции: если Rk>Rmax, то Rmax>Rk в данном окне корректировки величиной [-π;π], и расчете корректирующей фазы относительно нуля в момент обнаружения, при величине значения поправочной фазы, определяемой из соотношения, определяется истинный момент фиксирования отраженной составляющей в канале.

Наверх