Способ обнаружения подводных объектов и оценки их местоположения

 

Изобретение относится к гидроакустике. Изобретение позволяет реализовать обнаружение слабошумящих подводных объектов на фоне шумов высокого уровня и отличать подводные объекты от наводных. Прием слабых сигналов и шумовых помех осуществляют с помощью шумопеленгатора, имеющего раствор характеристики направленности таким, чтобы сечение площади последней было примерно равным геометрической площади обнаруживаемого объекта, а частотный спектр должен содержать длины волн, существенно меньшие, чем размеры объекта. Обнаружение подводного объекта и отличие его от наводных определяется по отрицательной величине изменения суммарного сигнала на выходе детектора 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к обнаружению подводных шумящих объектов способом шумопеленгования.

Широко известен способ шумопеленгования [1] в котором осуществляется пространственная и частотная селекция шумов обнаруживаемого объекта и помех, усиление их и выделение на фоне помех полезного сигнала. В этом способе при большом уровне помех и слабых сигналах обнаружение последних затруднено, не менее сложной проблемой является отличие объектов подводных от находящихся на поверхности.

Цель изобретения реализация обнаружения слабошумящих подводных объектов (рыбных косяков, подводных самодвижущихся платформ, аппаратов) в условиях превышения фоновых помех, в частности динамических и технических шумов, над собственными сигналами шумоизлучения объекта и отличие подводного объекта от надводного.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе, содержащем пространственную и частотную селекцию сигналов объекта и помехи, их усиление, детектирование и принятие решения об обнаружении по изменению уровня выходного сигнала, пространственную селекцию сигнала и помехи производят с помощью диаграммы направленности антенны, имеющей угол раствора, обеспечивающий примерное равенство площади сечения диаграммы направленности площади объекта при длинах волн спектра помехи существенно меньших геометрических размеров объекта. При этом обнаружение объекта и его отличие от объектов, находящихся на поверхности, определяют по отрицательной величине изменения суммарного сигнала во время нахождения объекта в пределах пространства диаграммы направленности.

Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом.

С помощью антенны 1 (см. чертеж) и диаграммообразующего устройства 2 шумопеленгатора, расположенного на дне водоема, формируется диаграмма направленности с углом раствора γ Принятые диаграммой фоновые шумы, например, дальнего судоходства усиливаются усилителем 3, фильтруются по частоте (4), детектируются (5) и создают некоторый положительный уровень на входе пороговой съемы принятия решения 6, которая не реагирует на положительный сигнал. Одновременно недетектированные суммы сигнала и помех поступают на анализатор спектра 7. При попадании обнаруживаемого шумящего объекта 8 в зону диаграммы направленности 9 происходят два противоположных процесса: к фоновым шумам прибавляются аддитивно собственные шумы объекта и одновременно вследствие расположения объекта между источниками фоновых шумов и приемником происходит уменьшение уровня последних. Если шумы объекта малы по сравнению с шумами помехи, а диаграмма направленности (ее угол раствора g ) выбрана такой, что большая часть энергии помехи затеняется, что возможно еще при условии выбора длины волны диапазона фоновых помех, что существенно меньше геометрических размеров объекта, то сумма сигнала и помехи уменьшится, что на выходе схемы принятия решения 6 вызовет отрицательный перепад напряжения, который и будет означать фиксацию факта обнаружения малошумового объекта и то, что объект находится на глубине, потому что в противном случае эффекта затенения не будет, не будет и отрицательного перепада напряжения на входе схемы принятия решения.

В таблице приведены расчетные данные для иллюстрации возможности способа. В качестве исходных для расчета данных использованы (1): уровень шумовой помехи от судоходства УП=70 дБ, шумов подводной лодки времен Второй мировой войны УС=76 дБ. имеющей длину 80 м и высоту 15 м. Частота выбрана 750 Гц, при которой длина волны в 7,5 раза меньше минимального размера объекта (15 м).

В таблице, в графе 2 приведены расчетные данные уровня сигнала цели на соответствующем строке 1 расстоянии, рассчитанном по сферическому, при котором уровень спадает как 20 lgR.

В графе 3 приведен угол раствора диаграммы направленности (g9733,94017510), рассчитанный из условия 95%-ного затенения сечения диаграммы направленности минимальным размером объекта. При этом уровень затенения соответствует УТ=10 lg S_з/S_нз 12,7 дБ, где S_з затененная часть сечения диаграммы направленности, S_нз незатененная часть сечения диаграммы.

В графе 4 приведен уровень помехи с учетом угла раствора диаграммы направленности, так как исходные данные по помехам соответствуют измерениям с помощью ненаправленного приемника.

В графе 5 приведена разность между уровнем сигнала (УС) и уровнем затенения (УГ).

В графе 6 приведена разность между уровнем помехи и уровнем затенения, т.е. оставшийся после затенения уровень помехи.

Сопоставление приведенных в таблице данных свидетельствует о следующем: 1. По мере увеличения расстояния до объекта его шумы вследствие сферического расширения фронта волны уменьшаются по уровню, причем улавливание шумового сигнала на расстоянии 4 км и более становится проблематичным.

2. Сопоставление данных граф 2 и 4 свидетельствует, что уровень сигнала всегда ниже уровня помехи, что еще более затрудняет выделение полезного сигнала на фоне помех. С увеличением расстояния соотношение сигнал/помеха ухудшается.

3. Данные в графе 5 характеризуют величину и знак изменения суммарного сигнала при обнаружении объекта. Как видим, с расстояния 2 км и более эта величина отрицательна и увеличивается по мере роста расстояния.

4. Сопоставление данных граф 2 и 6 свидетельствует о том, что уровень сигнала при наличии последнего в диаграмме направленности всегда превышает уровень помехи, оставшейся после затенения ее объектом, что означает возможность обнаружения и распознавания объекта по его собственным шумам.

Необходимо учитывать, что расчеты проведены для одной частоты. В случае использования полосы частот сигнала и помехи возможно решение задачи обнаружения и распознавания на больших расстояниях.

Реализация предлагаемого способа возможна на шумопеленгаторах при выборе частотного диапазона и угла раствора диаграммы направленности в соответствии с предлагаемым способом.

Формула изобретения

1. Способ обнаружения малошумных подводных объектов при многократном превышении уровня помех над уровнем собственного шумоизлучения объекта, содержащий приемы обнаружения объекта теневым способом при использовании в качестве сигнала подсветки шумов дальнего судоходства, отличающийся тем, что прием шумов объекта и дальнего судоходства осуществляют с помощью диаграммы направленности, обеспечивающей примерное равенство площади поперечного сечения последней с проекцией площади обнаруживаемого объекта на площадь сечения диаграммы на расстоянии обнаружения объекта, частотный спектр принимаемых сигналов ограничивают колебаниями, имеющими длину волны в воде, существенно меньшую размеров объекта, обнаружение подводного объекта и отличие его от объектов на поверхности определяют по уменьшению принимаемого суммарного сигнала от объекта и шума дальнего судоходства.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что распознавание характера обнаруженного объекта по его шумам производят путем анализа его сигнала на фоне оставшейся незатененной помехи до детектирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2