Способ пространственной обработки эхо-сигналов
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано, когда обьект активной гидролокации является источником интенсивных шумовых помех, маскирующих эхо-сигналы. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости гидролокатора в условиях интенсивного шумоизлучения лоцируемой цели. На выходах компенсаторов лучей производится взвешенное когерентное суммирование шумовых помех цели и эхо-сигналов и фильтрация результата когерентного суммирования скалярным фильтром, а затем вычитания результата фильтрации из результата когерентного суммирования эхосигналов, 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s G 01 S 7/36
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Gs(CUo) = gg)(QJo)Ls(fgJo)l В (CUo), (21) 4944842/22 (22) 13.06.91 (46) 15.02.93. Бюл. М 6 (72) В,Б.Митько, Ю.И.Онучин, Ю.В.Рыбальченко, K.В.Собин и В.А.Сергеев (56) Зарайский В.А. и др. Теория гидролокации. Л., ВМА, 1975, с. 437-454, Гусев В.Г. Системы пространственновременной обработки гидроакустической информации. Л.: Судостроение, 1988,с. 87. (54) СПОСОБ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОБРАБОТКИ ЭХО-СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано, когда обьект
Изобретение относится к области гидролокации и может быть использовано когда объект активной гидролокации является источником интенсивных шумовых помех, : маскирующих эхо-сигналы.
Известны способы пространственной обработки сигналов в поле распределенной и локальной помех.
Наиболее близким по технической сущности является способ пространственной обработки сигналов. заключающийся в обелении входного процесса по распределенной помехе и компенсации антенной решетки в направлении на цель.
Недостаток известного решения — невозможность п ространственной фильтрации локальной помехи, создаваемой шумоизлучением лоцируемой цели. т.к, не учитываются отличия фазовых структур эхосигналов и Шумовых помех цели (в дальней Ы 1796063 А3 активной гидролокации является источником интенсивных шумовых помех, маскирующих эхо-сигналы. Цель изобретения— повышение помехоустойчивости гидролокатора в условиях интенсивного шумоизлучения лоцируемой цели. На выходах компенсаторов лучей производится взвешенное когерентное суммирование шумовых помех цели и эхо-сигналов и фильтрация результата когерентного сум. мирования скалярным фильтром, а затем вычитания результата фильтрации из результата когерентного суммирования эхосигналов, 2 ил,. шем — локальных помех), обусловленных различной природой источников формирования первичного и вторичного акустических полей.
Цель изобретения — повышение помехоустойчивости гидролокатора в условиях интенсивного шумоизлучения лоцируемой цели.
Это достигается путем учета отличий фазовых структур эхо-сигналов и локальных помех в угломестной плоскости.
В реальных условиях многолучевого распространения каждый луч. приходящий в пространство приемной антенной решетки, в общем случае содержит энергию как . эхо-сигнала, так и локальной помехи.
Матрицы МхМ взаимной спектральной плотности мощности эхо-сигналов определяется выражением
1796063
Ом(в,) =
gn (8) äl =(— ) sin а о с (1 О) Ь <З » = в р» + +» (12) (13) 4 C, 691 =Л% -Ь6» (14) где Ь(гоо) = Х Сз(гй>)ЦФо )ехр(-1(м тз11 + фъ11 ))
l=o (2)
"»(» Л »
Ь(во) — вектор, составленный из М компонент Фурье — изображений ехр(-1 Norm) временных задержек процессов на элементах антенной решетки, где m E(0,â-1) — порядковый номер элемента антенной. решетки б — межэлементное расстояние;
С вЂ” скорость звука; аi — угол места прихода i-го луча; I E(i, I) цы(йЪ) — спектральная плотность мощности (СПМ) эхо-сигнала, принимаемого по .1-Му лучу; сто — фиксированная частота;
r»i- временная задержка 1-го луча относительно первого, принятого в качестве опорного (наиболее интенсивный луч);
ps» — дополнительный фазовый сдвиг эхо-сигнала I-го луча относительно опорного.
Индексы (+) и (Т) обозначают операции комплексного сопряжения и транспонирования соответственно.
Матрица МхМ взаимной спектральной плотности мощности локальной помехи определяется выражением
Ор(мо) = цр1(Мэ)1 р(М)1 р* (Ob), (4) где 1 р(во) - Х р (во)Цио)ехр{-1(й4 р» + фр1 )}
l=о
5) м»ЪТв,Т Т е
gpl() — спектральная плотность мощности локальной помехи, принимаемой по
i-му(1 C(1, 1)лучу; тр1» ррц — временная задержка и дополнительный фазовый сдвиг локальной помехи 1-ro луча относительно первого соответственно.
Величины LI(N) и во были определены ранее.
Матрица МхМ взаимной спектральной плотности мощности распределенной помехи определяется выражением
6 (в) = go(W)No(W) . (,7) где цо(во) — спектральная плотность мощности распределенной помехи, Nð(ао) — нормированная МхМ матрица взаимной спектральной плотности мощности распределенной помехи (tgNo(W))).
Рассмотрим ситуацию, когда локальная помеха преобладает, т.е.
Для упрощения записи аргумент ао частоты опустим.
Комплексная частотная характеристика (КЧХ) оптимального многомерного пространственного фильтра, максимизирующего выходное отношение сигнал/помеха в поле распределенной и локальной помех, определяется выражением
Но = No { .8- hpLp) . (9) где hp- комплекс25 gn + gp1 1-p No I-p нэя частотная характеристика скалярного фильтра.
Подставляя в формулу (8) соответствующие выражения (1)-(7), с учетом (8) получа30 ем
Н,- N, "{ ХС йехр(-j Ь641 )—
1 — 1
-hp 4 срйехр(-l »» oh»l )l
1=1 где ЬЪ» =ш гзя+ Ъп
k Cpi C»i ехр (j»»ви }
1=1
Формула (10) onределяет способ оптимальной пространственной обработки . эхо-сигналов в условиях интенсивного шумоизлучения цели, который заключается в: — обелении входного процесса по распределенной помехе (обращение матрицы
No и умножение на вектор входной временной.выборки спектральных отсчетов, снятых с элементов антенной решетки); — компенсации антенной решетки в угломестной плоскости для приема 1 лучей
1796063
«Т — 1
h Lз No р
Ls Nî Ls (16) (17) 25
1в
Isl An
lз1 А!! (20) 1р) An
IpI А!1 (21) (скалярное умножение обеленного процесса на векторы-столбцы LI, 1 E(1, l)); — когерентном суммировании эхо-сигналов и локальных помех на выходах компенсаторов лучей (параллельное 5 скалярное умножение на коэффициенты
Cslexp{-J ЛC4>l) и Cplexp(-) Лб п) с последующим суммированием однородных ветвей; — вычислении составляющей локальной 10 помехи, которая содержится в результате когерентного суммирования эхо-сигналов (фильтрация результата когерентного суммирования локальной помехи фильтром с комплексной частотной характеристикой 15
hp); — компенсации локальной помехи(вычитание из результата когерентного суммирования эхо-сигналов выходного эффекта фильтра с КЧХ hp). 20
Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фиг. 1, где использованы следующие обозначения:
1 — антенная решетка, 2 — блок обеления входного процесса по распределенному шуму;
3.1-3.1 — диа граммо-формирующие устройства по углам прихода лучей;
4.1-4.1 — блоки скалярного умножения З0 нэ коэффициенты Cslexp(-1 Лб ll };
5.1-5.1 — блоки скалярного умножения на коэффиЦиенты CplexP{-! Ь(3 !! };
6, 7 — сумматоры;
8 — фильтр с комплексной частотной ха- З5 рактеристикой hp, 9 —.вычитающее устройство.
Оценка величин Лб !! производится на момент приема эхо-сигналов, когда последние заведомо отсутствуют. 40
Оценка величин Ьб !! возможна, путем максимизации результата когерентного суммирования эхо-сигналов при переборе возможных значений фазовых задержек (6©ll), отличных от сооТ- 45 ветствующих задержек Ле !! локальных помех.
Коэффициент помехоустойчивости алгоритма оптимальной пространственной обработки (9) определяется формулой
0 - Ls Ho Ls No Ls - hpLs No Lp (15) Первое слагаемое в выражении (15) есть коэффициент помехоустойчивости антенной 5 решетки в поле только распределенной помехи, а второе — определяет величину ухудшения помехоустойчивости в результате воздействия локальной помехи.
Нормируем коэффициент помехоустойчивости (15) к коэффициенту помехоустойчивости антенной решетки в поле распределенной помехи.
В результате получим
Подставляя в формулу (16) соответствующие выражения (1)-(7) с учетом (8). получим
Интенсивность принимаемого эхо-сигнала и локальной помехи I-ro луча могут быть вычислены по формулам
Р г и 10 1 п+AnХА (18) (. 103)4
Р210 "I Af! о (г! 103)2 (») где Ро -давление зондирующего сигнала на оси характеристики направленности, Па;
ro - 1 м — условное расстояние;
P — коэффициент потерь при распространении, дБ/км;
fo — рабочая частота, кГц; и — показатель степени при частоте в функции спектральной плотности мощности локальной помехи;
Р— давление локальной помехи в по-. лосе приема, приведенное к расстоянию 1 м от,цели, Па;
An — значение фактора аномалии 1-го луча.
Если расстояние и, пробегаемые I-ми лучами, примерно одинаковы, и отличием потерь на распространение различных лучей можно пренебречь, то отношение интенсивностей эхо-сигналов и локальных помех l-го и J-ro лучей будет равно
1796063 8
Поскольку интенсивность 1м эхо-сигналов и локальных помех i-го луча пропорциональны соответствующим спектральным плотностям мощности, то на основании выражений (3) и (6), с учетом (20) и (21), получа- 5 ем
См = „ (22)
Ац
С = / (23)
Рi = Afi
Для варианта двухлучевого распространения, т.е, I = 2. Подставляя выражения (22) и (23) в (17), с учетом (13), получаем (24) 20
На фиг. 2 представлены зависимости нормированного коэффициента Q (i-21 по отношению Аа/Ац факторов аномалии для различных значений фазового сдвига
ЛО г, построенные в соответствии с фор- 25 мулой (24), в логарифмическом масштабе.
Анализ графиков показывает, что при
Способ пространственной обработки эхо-сигналов, заключающийся в обелении 35 входного процесса по распределенному шуму и компенсации антенной решетки в угломестной плоскости для приема 1-лучей, о тл ича ющийсятем,что,сцельюповышения помехоустойчивости в условиях интен- 40 сивного шумоизлучения лоцируемой цели, дополнительно на выходах компенсаторов лучей производят взвешенное когерентное суммирование шумовых помех цели и эхо- . сигналов, осуществляют фильтрацию ре- 45 зультата когерентного суммирования шумовых помех цели скалярным фильтром с комплексной частотной характеристикой
hp и вычитают результат фильтрации из результата когерентного суммирования эхо- 50 сигналов, при этом весовые коэффициенты при когерентном суммировании шумовых, помех и эхо-сигналов, принимаемых по I-му
cpl = ГЯр7!Qpl г
Х Ср
1=1
2 (1 — соз Л&г)
О!(1=2) А
Формула изобретения
6&2 =л ч=2к(к-0,1,...) и Аа/Ац =1 помехоустойчивость предлагаемого способа пространственной обработки максимальна и локальная помеха компенсируется полностью, При других соотношениях соответствующих параметров действие локальной помехи приводит к определенным потерям.
В наиболее неблагоприятной ситуации (ABl2 =л 1- 2к (к = 0,1,...) помехоустойчивость предлагаемого способа равна помехоустойчивости известного технического решения.
Таким образом, введение операций когерентного суммирования эхо-сигналов и локальных помех на выходах компенсаторов лучей; вычисления составляющей локальной помехи, содержащейся в результате когерентного суммирования эхосигналов и последующего вычитания этой составляющей из результата когерентного суммирования эхо-сигналов, — позволяет существенно повысить помехоустойчивость системы пространственной обработки гидролокатора в условиях интенсивного шумоизлучения цели. (i = 1, I) лучу, определяют соответственно по формулам
Cy = ъ Ъ79в > где gsli gpl — спектральные плотности мощности эхо-сигналов и шумовых помех цели соответственно на фиксированной частоте, а комплексная частотная характеристика скалярного фильтра определяется выражением
Х Cp) CsI eXP(I (ЬQI — ЛQ1I))
1=1
Р где Л 91ь 6641 — фазовые набеги шумовых помех и эхо-сигналов I-ro луча относительно опорного на фиксированной частоте.
1796063
Фиг. 7
Фиг. 2
Составитель А. Зарубин
Редактор В. Трубченко Техред M. Моргентал Корректор С.Патрушева
Заказ 446 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035. Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
