Способ определения класса шумящей цели и дистанции до неё

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к пассивным шумопеленгаторным станциям, предназначенным для обнаружения подводных объектов и надводных объектов по их шумоизлучению. Технический результат - повышение достоверности классификации и точности определения дистанции шумящей цели. Технический результат достигается тем, что решение о классе цели и дистанции до нее принимается с использованием измеренных значений уровня сигнала от цели и ширины отметки цели, обнаруженной на выходе веера характеристик направленности приемной гидроакустической антенны. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к пассивным шумопеленгаторным станциям (ШПС), предназначенным для обнаружения подводных объектов (подводных лодок и подводных аппаратов) и надводных объектов по их шумоизлучению.

Наиболее сложными задачами, решаемыми такими ШПС, являются классификация обнаруженного объекта и определение дистанции до него.

Методы классификации и определения дистанции шумящих объектов приведены в работах [1, 6-15]. Недостатком большинства известных методов являются дополнительные требования, предъявляемые ими к конструкции ШПС (например, разнесенный прием шумовых сигналов) либо к обработке принимаемого шумового сигнала (например, спектрально-корреляционный анализ). В ряде случаев выполнение этих дополнительных требований затруднительно.

В качестве прототипа выберем способ классификации и определения дистанции обнаруженной шумящей цели, описанный в [4]. Он включает: формирование пеленгаци-онного рельефа (фиг. 1) на выходе горизонтального веера характеристик направленности (ХН) приемной гидроакустической антенны (далее - приемной антенны); обнаружение в пеленгационном рельефе методом двухстороннего контраста отметки цели; прослушивание оператором сигнала с выхода ХН, ось которой совпадает с максимумом отметки цели; принятие оператором по результатам прослушивания сигнала решения о классе цели и дистанции до нее.

Достоинством данного способа является его простота, а недостатком - невысокая эффективность (точность) классификации и определения дистанции, особенно при малых отношениях сигнал/помеха, при которых человеческий слух плохо улавливает особенности сигнала, присущие тому либо иному объекту.

Решаемая техническая проблема - повышение эффективности ШПС.

Достигаемый технический результат - повышение достоверности классификации и точности определения дистанции цели.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что с использованием пелен-гационного рельефа измеряют уровень сигнала от цели и ширину отметки обнаруженной цели и на основании полученных результатов принимают решение о классе и дистанции цели.

Обоснуем эффективность данного технического решения.

Известно следующее [2-5]:

1) Энергетические спектры подводного объекта и надводного объекта в точке излучения имеют идентичную форму, описываемую функцией

где S0/ω - спектральная плотность мощности шумоизлучения, зависящая от класса цели ω, на частоте сигнала от цели равной 1 кГц в полосе 1 Гц, называемая приведенной шумностью цели, Па2/Гц;

ƒ - частота сигнала от цели, кГц;

ƒ0 - приведенная частота, равная 1 кГц;

2) Приведенная шумность надводного объекта в среднем на 40 дБ превышает шумность современных подводных объектов, т.е.

3) Уровень сигнала от цели Uω(R), соответствующий максимуму отметки в пеленгационном рельефе, связан с дистанцией до цели формулой

где ƒH, ƒB - нижняя и верхняя границы рабочего диапазона частот, Гц;

γ(ƒ)- частотная зависимость передаточной характеристики линейной части приемного тракта ШПС, В/Па;

Sω(ƒ,R) - энергетический спектр на входе приемной антенны ШПС сигнала от цели класса ω, находящейся на расстоянии R от антенны, Па2/Гц, определяемый по формуле:

β(ƒ) - коэффициент пространственного затухания, дБ/км, вычисляемый по формуле:

a, b, с - коэффициенты, зависящие от района Мирового океана;

A(ƒ,R) - аномалия (по мощности) распространения сигнала (далее - аномалия распространения сигнала) частоты ƒ на расстояние R (рассчитывается для текущих гидроакустических условий по специальной программе);

Подставляя в формулу (3) формулу (4), получим:

4) Крутизна спада энергетического спектра сигнала от цели в сторону высоких частот при распространении в водной среде возрастает за счет более быстрого затухания высоких частот вследствие частотной зависимости коэффициента пространственного затухания β(ƒ) и частотной зависимости аномалии распространения сигнала от цели, которая определяется, в том числе частотно зависимыми коэффициентами отражения сигнала от границ волновода (дна и поверхности). По этой причине с увеличением расстояния до цели эквивалентная частота сигнала от цели от нее в рабочей полосе частот [ƒH, ƒB] смещается в сторону низких частот и, как следствие, ширина отметки цели в пеленгационном рельефе возрастает.

5) Ширина отметки обнаруженной цели Δα(R), град, в пеленгационном рельефе (далее - ширина отметки), измеренная на уровне половины мощности, определяется решением относительно Δα(R) уравнения

где D(ƒ,Δθ,L) - значение нормированной ХН приемной антенны на частоте ƒ в направлении, отстоящем от оси ХН на горизонтальный угол θΔ при горизонтальном эффективном размере приемной антенны L;

S(ƒ,R) - энергетический спектр на входе приемной антенны ШПС сигнала от цели.

Уравнение (7) при подстановке в него формулы (4) и сокращении идентичных констант в числителе и знаменателе принимает вид:

Заметим, что уровень сигнала от цели Uω(R) зависит как от дистанции до цели, так и от ее класса, а ширина отметки Δα(R) зависит только от дистанции до цели. Этот факт дает возможность, подставив измеренные значения уровня сигнала от цели и ширины отметки в качестве значений в функции Uω(R) и Δα(R), определить значения их аргументов: из первой функции - дистанции по гипотезам "цель - подводный объект" (RПО) и "цель - надводный объект" (R); из второй функции - дистанцию RΔα, не зависящую от класса цели. Тогда в качестве класса цели может быть выбран тот класс, для которого оценки дистанции, рассчитанные на основе измеренных значений уровня сигнала и ширины отметки, более близки друг к другу, т.е.

Дистанция до цели может быть вычислена путем осреднения значений дистанции, рассчитанных исходя из предположения о том, что класс цели - «подводный объект» или класс цели - «надводный объект»:

Рассмотрим характерный конкретный случай:

1) гидроакустические условия соответствуют сплошной акустической освещенности в мелком море (а=0, b=0.036, с=1.5);

2) горизонтальный эффективный размер приемной антенны L, равный 3 м;

3) рабочий диапазон частот от 4 кГц до 8 кГц, ƒH=4 кГц, ƒВ=8 кГц;

На фиг. 2 и 3 для названных условий в зависимости от дистанции до цели представлены:

- уровни сигнала «подводный объект» и «надводный объект» (фиг. 2), посчитанные для приведенных шумностей подводного объекта и надводного объекта 60 и 100 дБ, соответственно, и при условии, что частотная зависимость передаточной характеристики линейной части приемного тракта ШПС одинакова для всех частот и равна единице;

- ширина отметки цели (фиг. 3).

Рассмотрим пример расчета, когда на дистанции 20 км обнаружен подводный объект с приведенной шумностью 62 дБ. Измеряя (с ошибками) параметры ее отметки, получим: измеренное значение уровня сигнала от цели, равное -65 дБ и измеренное значение ширины отметки цели, равное 5,3°. По графику на фиг. 2 по измеренному значению уровня сигнала определяем дистанции по гипотезе "цель - подводный объект" RПО=22 км и по гипотезе "цель - надводный объект" R=83 км. По графику на фиг. 3 по ширине отметки

цели определяем дистанцию до цели R=19 км, не зависящую от ее класса.

Сравнивая дистанцию до цели R, полученную по ширине отметки, с дистанциями, полученными по уровню сигнала по двум гипотезам, видим, что она близка к дистанции по гипотезе "цель - подводный объект". Принимается решение, что цель - подводный объект.

Вычисляем дистанцию до подводного объекта: R=(19+22)/2=20,5 км. Таким образом, обеспечивается одновременное определение класса цели и дистанции до нее и достигается заявленный технический результат.

Источники информации:

1. Справочник штурмана. Под ред. В.Д. Шандабылова // М.: Воениздат, 1968.

2. Урик Р.Дж. Основы гидроакустики. // Л.: Судостроение, 1978.

3. Бурдик B.C. Анализ гидроакустических систем / Пер. с англ. // Л.: Судостроение, 1988.

4. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. // СПб.: Наука, 2004.

5. Малышкин Г.С.Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов. Т. 1. Оптимальные методы. // ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2009.

6. Телятников В.И. Методы и устройства классификации гидроакустических сигналов // Зарубежная радиоэлектроника, 1979, №9, с. 19-38.

7. Телятников В.И. Методы и устройства для определения местоположения источника звука. // Зарубежная радиоэлектроника, 1978, №4. С. 66-86.

8. Carter G.С. Passive Ranging Errors due to Receiving Hydrophone Position Uncertainty // JASA, 1979. Vol. 65, №2. P. 528-530. Hassab I.C., Boucher R.E. Passive Ranging Estimation from an Array of Sensors // Journal of Sound and Vibration, 1979. Vol. 67, №2. P. 289-292.

9. Hassab I.C. Contact Localization and Motion Analysis in the Ocean Environment: a Perspective // IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1983. Vol. OE-8, №3. P. 136-147.

10. Исак В.А. Измерение дистанции пассивными методами // Морской сборник, 1987. №5. С. 68-70.

11. Картер Дж.К. Обработка сигналов в пассивной гидролокации. В кн. Подводная акустика и обработка сигналов. // М.: Мир, 1985. С. 415-421.

12. Quazi А.Н. An Overview on the Time-Delay Estimate in Active and Passive Systems for Target Localization // IEEE Transactions on ASSP, 1987. Vol. 9, №3. P. 527-533.

13. Патент РФ №2128848

14. Blackman S., Popoli R. Design and analyses of modern tracking systems. - Artech House, 1999. 1230 p.

15. Гампер Л.Е. О точности методов пассивной гидролокации с разнесенными бортовыми антеннами // Научно-технич. сборник "Гидроакустика", 2009, вып. 9, с. 34-42.

16. Подводная акустика и обработка сигналов /под редакцией Л. Бъерне. // М.: Мир, 1985.

1. Способ определения класса шумящей цели и дистанции до нее, включающий формирование пеленгационного рельефа на выходе горизонтального веера характеристик направленности приемной гидроакустической антенны, обнаружение в пеленгационном рельефе методом двухстороннего контраста отметки цели, отличающийся тем, что с использованием пеленгационного рельефа измеряют уровень сигнала от цели и ширину отметки обнаруженной цели и с учетом полученных измерений принимают решение о классе цели и дистанции до нее.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при классификации обнаруженной цели на классы "подводный объект - надводный объект" рассчитывают зависимости от дистанции уровня сигнала каждого из двух рассматриваемых классов цели, с использованием этих зависимостей и измеренного уровня сигнала от цели определяют дистанции до цели по гипотезам "цель - подводный объект" и "цель - надводный объект", рассчитывают зависимость от дистанции ширины отметки цели безотносительно класса цели, с ее использованием и измеренной ширины отметки определяют дистанцию до цели, относят цель к тому классу, для которого дистанция, определенная по его гипотезе с использованием уровня сигнала от цели, сопоставима с дистанцией, определенной по ширине отметки цели, дистанцию до цели определяют как среднее арифметическое сопоставимых дистанций.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что зависимость ширины отметки цели от дистанции и зависимость уровня сигнала цели от дистанции по гипотезам "цель - подводный объект" и "цель - надводный объект" рассчитываются для текущих гидроакустических условий, а также для приведенных шумностей, характерных для каждого из рассматриваемых классов цели.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидроакустике, а точнее к навигационным устройствам, конкретно к лагам, и может быть использовано для повышения точности измерения скорости движения надводных кораблей, подводных лодок и других судов водного транспорта на малых и больших глубинах.

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.

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.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к пассивным шумопеленгаторным станциям, предназначенным для обнаружения подводных объектов и надводных объектов по их шумоизлучению. Технический результат - повышение достоверности классификации и точности определения дистанции шумящей цели. Технический результат достигается тем, что решение о классе цели и дистанции до нее принимается с использованием измеренных значений уровня сигнала от цели и ширины отметки цели, обнаруженной на выходе веера характеристик направленности приемной гидроакустической антенны. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх