Способ обнаружения подводного источника широкополосного шума

Способ обнаружения подводного источника широкополосного шума относится к области гидроакустики и может использоваться в системах шумопеленгования и контроля подводной обстановки. Техническим результатом способа является повышение помехоустойчивости и вероятности правильного обнаружения источника широкополосного шума за счет получения и применения значительно более широкого объема объективных данных об источнике на основе контроля временной устойчивости угловых и спектральных характеристик потоков акустической энергии от источника на информативных частотах наблюдаемого диапазона частот, а также определение текущего местоположения и параметров движения источника за счет решения задачи обнаружения из двух точек акватории, в которой находится объект обнаружения. Способ включает прием широкополосного шума источника двумя разнесенными комбинированными приемниками, при котором для каждого приемника в циклах обработки временных фрагментов принимаемого сигнала вычисляют в каждом сформированном частотном канале величину горизонтального потока энергии и угол его прихода, разделяют весь горизонт наблюдения 0-360 град на равные горизонтальные назначенные угловые секторы, устанавливают из сформированных частотных каналов информативные каналы, группирующиеся по углу своего прихода в угловых секторах с величиной суммарной энергии входящих в него частотных каналов выше средней по всем назначенным секторам, формируют из характеристик информативных каналов спектральные энергетические портреты принятого сигнала, рассчитывают оценки текущих координат источника шума по углам прихода потоков энергии информативных частотных каналов, присущих обоим приемникам, анализируют результаты циклов обработки временных фрагментов принятого сигнала и принимают решение об обнаружении источника широкополосного шума по совокупности данных о временной устойчивости спектральных энергетических портретов, полученных приемниками в течение времени наблюдения, и степени их идентичности в каждом приемнике, концентрации координатных оценок в локальной области, а также соответствия временной изменчивости средних значений координатных оценок предполагаемой динамике движения источника и устанавливают местоположение источника по текущим значениям координатных оценок, а по временной изменчивости координатных оценок вычисляют скорость и направление движения источника. 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может использоваться в системах шумопеленгования и контроля подводной обстановки.

Известен способ обнаружения шумящих в море объектов (Патент РФ №2300118, МПК G01S 3/80, G01S 15/04, опубликован 27.05.2007 г. бюл. №15), включающий прием первичного поля шумоизлучения объектов многоканальной антенной, при котором осуществляют частотно-временную обработку принятых шумовых сигналов для каждого канала наблюдения в горизонтальной плоскости, квадрируют, усредняют по времени, центрируют и нормируют сигналы к помехе, осуществляют наблюдение на каждом цикле обзора отметок принятых шумовых сигналов всей совокупности пространственных каналов в горизонтальной плоскости и принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал-помеха.

В известном способе введены новые операции, а именно:

на очередном цикле обзора наблюдение осуществляют двумя независимыми последовательностями операций: в первой последовательности осуществляют сопровождение энергетических параметров шумового сигнала по уровню, дисперсии уровня и отбраковку локальных ложных максимумов шумовых сигналов, для чего выполняют следующие операции: отделяют шумовые сигналы от фоновых шумов над уровнем, который понижен в несколько раз относительно порога обнаружения; определяют уровень всех локальных максимумов сигнала; вычисляют по заданному закону аппроксимации уточненное значение уровня шумового сигнала по данным нескольких откликов пространственных каналов в окрестности данного локального максимума сигнала, образующих сигнальный фрагмент; определяют смещение уровня сигнала за время между предыдущим и текущим циклами обзора и вычисляют плотность вероятности измеренного смещения уровня сигнала и плотность вероятности ложных тревог для заданного времени накопления;

во второй последовательности осуществляют сопровождение информационных параметров шумового сигнала по пеленгу, дисперсии пеленга, по скорости и ускорению изменения пеленга и отбраковку пеленгов локальных ложных максимумов шумовых сигналов, для чего выполняют следующие операции: фиксируют пеленг пространственного канала, в котором наблюдается каждый локальный максимум сигнала; вычисляют по заданному закону аппроксимации уточненное значение пеленга шумового сигнала по данным нескольких откликов пространственных каналов в окрестности данного локального максимума сигнала, образующих сигнальный фрагмент; составляют из совокупности оценки пеленга и величины изменения пеленга (ВИП) вектор параметров движения локальных максимумов сигнала; вычисляют матрицу взаимно корреляционных функций для вектора параметров движения локальных максимумов сигнала; вычисляют скорость изменения ВИПа и пеленга за время между предыдущим и текущим циклами обзора; в результате определяют прогнозные оценки пеленга и ВИПа локальных максимумов сигнала за время между предыдущим и текущим циклами обзора для заданного времени накопления; определяют дисперсию прогнозной оценки пеленга для заданного времени накопления и вычисляют ширину строба по пеленгу, в пределах которого осуществляется наблюдение каждого сигнала; вычисляют плотность вероятности смещения измеренного пеленга для заданного времени накопления; по результатам выполнения двух последовательностей операций вычисляют обобщенный вес локальных максимумов сигнала; сравнивают обобщенный вес локальных максимумов сигнала с порогом обнаружения сигнала, который соответствует пороговому отношению сигнал-помеха.

Недостатком известного способа является малая помехоустойчивость и малая дальность действия приемной системы при работе на низких частотах, когда размер приемной системы соизмерим с длиной волны, и при работе в мелком море, когда алгоритмы формирования пространственной направленности становятся неэффективными из-за дисперсионных искажений сигналов, а также возможность реализации способа только для сигналов фиксированного частотного диапазона, в котором апертура антенны обеспечивает необходимую пространственную направленность.

Известен также способ обнаружения шумящих объектов в мелком и глубоком море (патент РФ №2653189, МПК G01S 3/80, G01S 15/04, опубликован 07.05.2018 г. бюл. №13), включающий прием шумового сигнала комбинированным приемником, содержащим приемник звукового давления и трехкомпонентный приемник вектора колебательной скорости, при котором выполняют частотно-временной обработку в заданном фиксированном частотном диапазоне принятого шумового сигнала; вычисляют в каждом частотном канале, сформированном в результате частотно-временной обработки принятого шумового сигнала, текущие значения комплексных амплитуд звукового давления, трех компонент вектора колебательной скорости, трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности и трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности в локальной системе координат комбинированного приемника для суммарного процесса сигнал плюс помеха и для помехи отдельно; формируют в каждом частотном канале усредненные за время T1 значения трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса сигнал плюс помеха и для помехи отдельно; формируют в каждом частотном канале усредненные за время T2=10T1 комплексные амплитуды нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса сигнал плюс помеха и для помехи отдельно; нормируют все 21 информативный параметр, вычисленных для суммарного процесса сигнал плюс помеха, на соответствующие значения информативных параметров, вычисленные для помехи; вычисляют максимальное отношение сигнал/помеха для одного из 21 информативных параметров и принимают решения об обнаружении путем его сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха.

Отличительными существенными признаками этого известного способа являются следующие операции: используют в качестве приемной системы комбинированный приемник, содержащий, кроме приемника звукового давления, трехкомпонентный приемник вектора колебательной скорости; формируют методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов в заданном фиксированном частотном диапазоне в векторных каналах комбинированного приемника; - вычисляют в каждом частотном канале, сформированном в результате частотно-временной обработки принятых шумовых сигналов, текущие значения комплексных амплитуд трех компонент вектора колебательной скорости, текущие значения амплитуд трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности для суммарного процесса сигнал плюс помеха;- усредняют за заранее определенный временной интервал T1 значения трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса сигнал плюс помеха; выделяют из текущих значений суммарного случайного процесса сигнал плюс помеха текущие значения помехи; вычисляют в каждом частотном канале текущие значения комплексных амплитуд трех компонент вектора колебательной скорости, текущие значения амплитуд трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности для помехи; усредняют за заранее определенный временной интервал T1 значения трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи; вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал T2=10T1 текущие значения комплексных амплитуд нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса сигнал плюс помеха; вычисляют в каждом частотном канале за заранее определенный временной интервал Т2=10T1 текущие значения комплексных амплитуд нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи; нормируют квадрат звукового давления и компоненты комплексного вектора интенсивности, усредненные за время Т1 вычисленные для суммарного процесса сигнал плюс помеха, на соответствующие значения квадрата звукового давления и компоненты комплексного вектора интенсивности, усредненные за время Т1 вычисленные для помехи; нормируют вычисленные за время Т2=10Т1 текущие значения комплексных амплитуд нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для суммарного процесса сигнал плюс помеха на соответствующие текущие значения комплексных амплитуд нулевой и первой гармоник вторичного спектра для трех компонент вещественной составляющей вектора интенсивности, трех компонент мнимой составляющей вектора интенсивности и квадрата звукового давления для помехи; вычисляют максимальное отношение сигнал/помеха из набора 21 информативных параметров, 7 информативных параметров для усредненных за время T1 нормированных на помеху значений комплексного вектора интенсивности и квадрата звукового давления и 14 информативных параметров для усредненных за время T2=10T1 нормированных на помеху значений комплексных амплитуд нулевой и первой гармоник вторичного спектра для комплексного вектора интенсивности и квадрата звукового давления; принимают в качестве модельной статистики поля помехи в гидрофонном канале и в каналах вектора колебательной скорости гауссову статистику; принимают в качестве модельной статистики поля помехи в каналах вектора интенсивности Лапласову статистику; вычисляют на основе принятых статистик аналитическую зависимость вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги от порогового отношения сигнал-помеха по методу максимального правдоподобия; принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением отношения сигнал/помеха максимального отношения сигнал/помеха, вычисленного из набора 21 информативных параметров.

Известный способ является наиболее близким к заявленному изобретению и принят за прототип.

Для данного известного способа обнаружения источника шумового сигнала характерна низкая помехоустойчивость и высокая чувствительность к ложным срабатываниям из-за отсутствия достоверных данных о характеристиках помехи, на основе которых формируются пороговые уровни в устройстве обнаружения, а также применения пороговых энергетических механизмов обнаружения, основанных на вычислении величины не всей энергии сигнала, принимаемого от источника, а лишь отдельных наиболее сильных ее спектральных составляющих.

Кроме того, для данного способа характерна высокая вероятность ложных срабатываний, которая формируется из-за малого объема объективных данных об источнике, к которым относятся данные о спектральных характеристиках источника, его угловом положении, текущих координатных оценках и их изменении во времени.

Задачей заявленного способа является повышение помехоустойчивости и вероятности правильного обнаружения источника широкополосного шума за счет получения и применения значительно более широкого объема объективных данных об источнике, на основе расчета и контроля угловых и спектральных характеристик потока акустической энергии от источника, пространственной фильтрации шумоизлучения источника для выделения информативных частотных каналов, формирования спектральных характеристик и определения углового положения источника на каждой информативной частоте наблюдаемого диапазона частот, определения, контроля во времени и оценки идентичности спектральных характеристик источника шума, а также определение текущего местоположения и параметров движения источника за счет решения задачи обнаружения из двух точек акватории, в которой находится объект обнаружения.

Для решения поставленной задачи в способе обнаружения подводного источника широкополосного шума, включающем прием шумового сигнала комбинированным приемником, содержащим приемник звукового давления и трехкомпонентный приемник вектора колебательной скорости, при котором выполняют частотно-временную обработку принятого сигнала в наблюдаемом диапазоне частот, вычисляют в каждом частотном канале, сформированном в результате частотно-временной обработки принятого шумового сигнала, текущие значения комплексных амплитуд звукового давления и трех компонент вектора колебательной скорости, а также для текущего временного фрагмента принятого сигнала заданной длительности вычисляют в каждом частотном канале средние величины компонент вектора плотности потока энергии и принимают решение об обнаружении источника, прием шумового сигнала выполняют двумя комбинированными приемниками, выставленными в акватории в двух точках с известными координатами, приемники снабжены средствами контроля углового положения их осей, а также устройствами связи, по которым от каждого приемника результаты синхронизированного вычисления для текущего временного фрагмента принятого сигнала средних величин горизонтальных компонент вектора плотности потока энергии в каждом сформированном частотном канале и текущие данные положения осей приемников относительно севера передают в пункт обработки данных, в котором для первого и второго приемников в каждом сформированном частотном канале вычисляют величину горизонтального потока энергии (интенсивность потока) Е(ϖ) и углы β(ϖ) прихода потока по формулам:

где Ix, Iy - средние величины горизонтальных компонент вектора плотности потока энергии;

- знак комплексного сопряжения;

, ϖн, ϖв - нижняя и верхняя частоты наблюдаемого диапазона;

для каждого приемника суммируют энергии потоков частотных каналов, углы прихода потоков энергии которых группируются в выделенном угловом секторе шириной Δβ, при этом формируют равные горизонтальные угловые секторы шириной Δβ, охватывающие весь горизонт наблюдения 0-360 град, и строят угловое распределение величины потока энергии по всем сформированным угловым секторам Е1(Δβ), Е2(Δβ); в каждом приемнике определяют среднюю секторную величину потока энергии по всем сформированным угловым секторам наблюдения, назначают ее пороговой величиной и выделяют из сформированных угловых секторов доминирующие секторы, в которых величина потока энергии превышает пороговую; для каждого приемника устанавливают информативные частотные каналы, которые формируют энергию в доминирующих угловых секторах, фиксируют спектральные энергетические портреты принятых в доминирующих угловых секторах сигналов по величине потоков энергии информативных частотных каналов, формируют оценки направлений на источник от каждого приемника β1(ϖ), β2(ϖ) в информативных частотных каналах, совпадающих в обоих приемниках; в информативных частотных каналах, совпадающих в обоих приемниках, рассчитывают k оценок текущих координат источника шума xk(t1, ϖ), yk(t1, ϖ) по сформированным парам пеленгов на источник шума:

где k - число совпадающих частотных каналов в массивах ϖ1 и ϖ2,

xa, ya - координаты второго приемника относительно первого,

пеленги γ1(ϖ)=δ11(ϖ) и γ2(ϖ)=δ22(ϖ) определены через углы прихода потоков энергии β1(ϖ), β2(ϖ) и значения положения осей комбинированных приемников относительно севера δ1, δ2; выполняют описанный выше цикл обработки текущего временного фрагмента принятого сигнала и для последующих временных фрагментов той же длительности, но опережающих предыдущие на фиксированный интервал времени Δt=t2-t1, формируют новые спектральные энергетические портреты принятых сигналов и оценки координат источника xk(t2, ϖ), yk(t2, ϖ), xk(t3, ϖ), yk(t3, ϖ)…; по результатам обработки временных фрагментов принятого сигнала проверяют временную устойчивость спектрального портрета сигнала, принятого каждым приемником, сравнивают спектральные энергетические портреты сигналов, принятых первым E1(t1, ϖ), E1(t2, ϖ), E1(t3, ϖ)… и вторым E2(t1, ϖ), E2(t2, ϖ), E2(t3, ϖ)… приемниками, проверяют концентрацию в локальных областях средних значений координатных оценок x(t), y(t) и дисперсии их распределения за время наблюдения, а также контролируют динамику изменения средних значений координатных оценок подбором условий

где Vx, Vy - параметр траектории движения шумящего объекта, который подбирается с учетом априорных сведений о предполагаемом источнике; анализируют полученные результаты обработки и принимают решение об обнаружении источника широкополосного шума по совокупности данных о временной устойчивости спектральных энергетических портретов, полученных приемниками в течение времени наблюдения, и степени их идентичности в каждом приемнике, концентрации координатных оценок на различных частотах в локальной области, размер которой существенно меньше ее дальности от установленных приемников, а также соответствия временной изменчивости средних значений координатных оценок предполагаемой динамике движения источника, и устанавливают местоположение источника по текущим значениям координатных оценок, а по выбранному параметру траектории движения объекта Vx, Vy вычисляют скорость и направление движения источника.

Именно такая совокупность существенных признаков заявленного способа обнаружения подводного источника широкополосного шума позволяет с помощью двух разнесенных по пространству комбинированных приемников, объединенных средствами связи в общем пункте обработки, осуществить пространственную фильтрацию широкополосного шумового излучения источника из двух точек, выделить спектральные и угловые характеристики потоков энергии, определить массив одинаковых для каждого приемника частот, формирующих предполагаемые угловые секторы нахождения источника, выполнить оценку текущих координат источника на каждой совпадающей частоте, по оценкам углового прихода энергии оценить устойчивость и стабильность спектральных характеристик потенциального источника, полученных каждым приемником, и оценить соответствие временной изменчивости средних значений координатных оценок предполагаемой динамике движения источника, что повышает помехоустойчивость и вероятность правильного обнаружения источника широкополосного шума за счет значительного расширения объема объективных данных об источнике, на основе формирования и контроля угловых и спектральных характеристик потока акустической энергии от него, путем пространственной фильтрации шумоизлучения источника для выделения информативных частотных каналов, формирования спектральных характеристик и определения углового положения источника на каждой информативной частоте наблюдаемого диапазона частот, определения, контроля во времени и оценки идентичности спектральных характеристик источника шума, а также определение текущего местоположения и параметров движения за счет решения задачи обнаружения из различных точек акватории, в которой находится источник шумового излучения.

Новизна заявленного способа обнаружения подводного источника широкополосного шума заключается в том, что для расширения объема данных об источнике при решении задачи обнаружения предлагается использование двух разнесенных приемников с известной базой, что позволяет получать оценки координат источника на всех выделенных информативных частотах наблюдаемого диапазона, обнаружение источника основывается на предположении, что его спектральные характеристики слабо меняются в процессе обнаружения, и учета того обстоятельства, что поток энергии от источника концентрируется в определенном угловом секторе, значение которого в течение процесса обнаружения может меняться незначительно и соответствовать предполагаемой динамике движения источника, а координатные оценки, рассчитанные для каждой информативной частоте, группируются в локальной области малых размеров, решение об обнаружении источника широкополосного шума принимается на основе увеличенного времени накопления данных и энергетического накопления по всему информативному частотному диапазону, что позволяет повысить помехоустойчивость приемной системы, увеличение вероятности правильного обнаружения обеспечивается последовательной обработкой ряда временных фрагментов принятого сигнала и совместным анализом ее результатов на временную стабильность спектральных энергетических характеристик источника, оценок его местоположения и характеристик движения.

Структурная схема, поясняющая заявленный способ обнаружения подводного источника широкополосного шума, приведена на чертеже, где обозначены следующие элементы:

- I и II - первая и вторая идентичные приемные системы, содержащие каждая:

1 - комбинированный приемник;

2 - блок расчета спектральных характеристик принятого сигнала с усреднением (быстрое преобразование Фурье, например);

3 - измеритель углового положения осей приемника (в простейшем случае компас);

4 - блок передачи системы связи;

- III - пункт обработки данных, содержащий:

5 - блок приема системы связи;

6 - блок расчета величины и углов прихода потока энергии в каждом частотном канале для каждого приемника;

7 - блок формирования углового распределения потоков энергии, выделения угловых секторов с высокой величиной энергии потока, фиксации состава и уровня спектральных компонент, формирующих угловые секторы с высокой величиной энергии потока для каждого приемника;

8 - блок расчета текущих координатных оценок положения подводного источника широкополосного шума;

9 - блок накопления результатов обработки для ряда временных фрагментов принятого сигнала;

10 - блок анализа и принятия решений об обнаружении, оценки спектрального состава шумов источника, его местоположения и параметров движения.

Способ обнаружения подводного источника широкополосного шума осуществляется следующим образом.

В акватории в двух точках с известными координатами выставляют две приемные системы I и II, которые системой связи связаны с пунктом обработки данных III. В каждой точке акватории акустический сигнал от источника, излучающего неизвестный широкополосный шум, синхронизировано принимают комбинированными приемниками 1, с выхода которых принятый сигнал звукового давления акустического поля и трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости частиц водной среды (компоненты X и Y составляют горизонтальную плоскость) поступает в блок расчета спектральных характеристик 2.

В блоках 2 приемных систем формируют для принятого сигнала методами частотно-временной обработки сигналов набор частотных каналов ϖ, охватывающий весь наблюдаемый частотный диапазон, (с шириной полосы каналов Δf=1 Гц, например), определяют для принятого сигнала методами частотно-временной обработки в каждом частотном канале текущие комплексные значения амплитуд звукового давления и трех компонент вектора колебательной скорости, по которым вычисляют текущую величину трех компонент вектора плотности потока акустической энергии, вычисляют в каждом частотном канале для текущего временного фрагмента принятого сигнала длительностью Т (Т=10 сек, например) по текущим величинам средние величины трех компонент вектора плотности потока акустической энергии, которые наряду с текущими данными блока 3 об угловой ориентации оси векторного приемника относительно севера, передают блоком 4 в пункт обработки данных III, где принимаются блоком 5.

В блоке 6 пункта обработки для каждого комбинированного приемника приемных систем в каждом сформированном частотном канале для текущего временного фрагмента принятого сигнала длительностью Т вычисляют энергетическую и направленную характеристики горизонтального потока энергии - величину интенсивности Е(ϖ) и углы β(ϖ) прихода потока по формулам:

где Ix, Iy - средние значения горизонтальных компонент вектора плотности потока энергии;

* - знак комплексного сопряжения;

, ϖн, ϖв - нижняя и верхняя частоты наблюдаемого диапазона;

В блоке 7 для каждого комбинированного приемника приемных систем для текущего временного фрагмента длительностью Т формируют равные горизонтальные угловые секторы шириной Δβ, охватывающие весь горизонт наблюдения 0-360 град, вычисляют для каждого сформированного углового сектора Δβi; величину его секторной энергии E1(Δβi), Е2(Δβi) - сумма величин интенсивности потоков энергии Е1(ϖ), Е2(ϖ) частотных каналов, имеющих углы β1(ϖ), β2(ϖ) прихода потоков энергии в пределах данного углового сектора, и формируют угловое распределение энергии потоков в горизонтальной плоскости, вычисляют среднюю величину секторной энергии в сформированных угловых секторах и назначают ее пороговой величиной для секторов, из сформированных угловых секторов выделяют доминирующие угловые секторы, в которых величина секторной энергии потока превышает пороговую величину для секторов, устанавливают информативные частотные каналы, которые формируют энергию в доминирующих угловых секторах, фиксируют спектральные энергетические портреты принятых в доминирующих угловых секторах сигналов по величине потоков энергии информативных частотных каналов, формируют оценки направлений на источник от каждого приемника β1(ϖ), β2(ϖ) в информативных частотных каналах, совпадающих в обоих приемниках.

В блоке 8 в информативных частотных каналах, совпадающих в обоих приемниках, рассчитывают k оценок текущих координат источника шума xk(t1, ϖ), по сформированным парам пеленгов на источник шума:

где k - число совпадающих частотных каналов в массивах ϖ1 и ϖ2;

xa, ya - координаты второго приемника относительно первого;

пеленги γ1(ϖ)=δ11(δϖ) и γ2(ϖ)=δ22(ϖ) определены через угловые приходы энергии β1(ϖ),β2(ϖ) и значения положения осей комбинированных приемников относительно севера δ1, δ2.

В блоке 9 выполняют описанный выше цикл обработки текущего временного фрагмента принятого сигнала и для последующих временных фрагментов той же длительности Т, но опережающих предыдущие на фиксированный интервал времени Δt=t2-t1, формируют новые оценки спектральных портретов и координат источника xk(t2, ϖ), yk(t2, ϖ), xk(t3, ϖ), yk(t3, ϖ)…, по результатам обработки временных фрагментов принятого сигнала: проверяют временную устойчивость спектрального портрета сигнала, принятого каждым приемником; сравнивают спектральные энергетические портреты сигналов, принятых первым E1(t1, ϖ), E1(t2, ϖ), E1(t3, ϖ)… и вторым E2(t1, ϖ), E2(t2, ϖ), E2(t3, ϖ)… приемниками; проверяют концентрацию в локальных областях средних значений координатных оценок x(t), y(t) и дисперсии их распределения за время наблюдения, а также контролируют динамику изменения средних значений координатных оценок подбором условий

где Vx, Vy - параметр траектории движения шумящего объекта, который подбирается с учетом априорных сведений о предполагаемом источнике;

Параметры, вычисленные в циклах обработки временных фрагментов принятого сигнала, поступают в блок 10.

В блоке 10 анализируют полученные результаты обработки и принимают решение об обнаружении источника широкополосного шума по совокупности данных о временной устойчивости спектральных энергетических портретов, полученных приемниками в течение времени наблюдения, и степени их идентичности в каждом приемнике, концентрации координатных оценок на различных частотах в локальной области, размер которой существенно меньше ее дальности до установленных приемников, а также соответствия временной изменчивости средних значений координатных оценок предполагаемой динамике движения источника, и устанавливают местоположение источника по текущим значениям координатных оценок, а по выбранному параметру траектории движения объекта Vx, Vy вычисляют скорость Vист и направление ϕфист движения источника.

Способ обнаружения подводного источника широкополосного шума, включающий прием шумового сигнала комбинированным приемником, содержащим приемник звукового давления и трехкомпонентный приемник вектора колебательной скорости, при котором выполняют частотно-временную обработку принятого сигнала в наблюдаемом диапазоне частот, вычисляют в каждом частотном канале, сформированном в результате частотно-временной обработки принятого шумового сигнала, текущие значения комплексных амплитуд звукового давления и трех компонент вектора колебательной скорости, а также для текущего временного фрагмента принятого сигнала заданной длительности вычисляют в каждом частотном канале средние величины компонент вектора плотности потока энергии и принимают решение об обнаружении источника, отличающийся тем, что прием шумового сигнала выполняют двумя комбинированными приемниками, выставленными в акватории в двух точках с известными координатами, причем приемники снабжены средствами контроля углового положения их осей, а также средствами связи, по которым от каждого приемника результаты синхронизированного вычисления средних значений компонент вектора интенсивности Ix, Iy в каждом выделенном частотном канале и текущие данные положения осей приемников относительно севера передаются в пункт обработки данных, в котором для первого и второго приемников в каждом сформированном частотном канале ϖ вычисляют величину потока энергии Е и углы β прихода горизонтальных потоков энергии по формулам:

где Ix, Iy - средние значения горизонтальных компонент потока энергии, - знак комплексного сопряжения ϖ=ϖн…ϖв, ϖн, ϖв - нижняя и верхняя частоты наблюдаемого диапазона, для каждого приемника суммируют энергии различных частот, углы прихода которых группируются в заданном угловом секторе шириной Δβ, при этом весь горизонт наблюдения 0-360 град разделяют на равные горизонтальные угловые секторы шириной Δβ и формируют угловое распределение величины потока энергии по выделенным угловым секторам для каждого приемника Е1(Δβ), Е2(Δβ), в каждом приемнике определяют среднюю величину потока энергии по всем угловым секторам наблюдения, назначают ее пороговой величиной и выделяют из сформированных угловых секторов доминирующие секторы, в которых величина потока энергии превышает пороговую, для каждого приемника устанавливают информативные частоты (частотные каналы) в виде массивов ϖ1, и ϖ2, которыми формируется энергия в доминирующих угловых секторах, фиксируют спектральные энергетические портреты сигналов, принятых в доминирующих угловых секторах, по величине потока энергии Е1(ϖ), Е2(ϖ) на каждой частоте массивов ϖ1, и ϖ2 и формируют оценки направлений на источник от каждого приемника β1(ϖ), β2(ϖ) для совпадающих частотных каналов из массивов ϖ1, и ϖ2, в выделенных частотных каналах для первого и второго приемников рассчитывают k оценок текущих координат источника шума по сформированным парам пеленгов на источник шума

где k - число совпадающих частотных каналов в массивах ϖ1 и ϖ2, xa, ya - координаты второго приемника относительно первого, а пеленги γ1(ϖ)=δ11(ϖ) и γ2(ϖ)=δ22(ϖ) определены через угловые приходы энергии β1(ϖ), β2(ϖ) и значения положения осей комбинированных приемников относительно севера δ1, δ2, выполняют описанный выше цикл обработки текущего временного фрагмента принятого сигнала и для последующих временных фрагментов той же длительности, но опережающих предыдущие на фиксированный интервал времени Δt=t2-t1, формируют новые оценки координат источника xk(t2, ϖ), yk(t2, ϖ), xk(t3, ϖ), yk(t3, ϖ)… и проверяют устойчивость спектральных портретов источника шума, сравнивая спектральные энергетические портреты сигналов, принятых в доминирующих угловых секторах первым E1(t1, ϖ), E1(t2, ϖ), E1(t3, ϖ)… и вторым приемниками E2(t1, ϖ), E2(t2, ϖ), E2(t3, ϖ)…, средние значения координатных оценок x(t), y(t) и дисперсии их распределения за время наблюдения, их концентрацию в локальных областях, динамику изменения средних значений координатных оценок подбором условий

,

где Vx, Vy - параметр траектории движения шумящего объекта, который подбирается с учетом априорных сведений о возможном источнике, а затем анализируют данные и принимают решение об обнаружении источника широкополосного шума по совокупности данных о временной устойчивости спектральных энергетических портретов, полученных приемниками в течение времени наблюдения, и степени их идентичности в каждом приемнике, концентрации координатных оценок на различных частотах в локальной области, размер которой существенно меньше ее дальности от установленных приемников, а также соответствия временной изменчивости средних значений координатных оценок предполагаемой динамике движения источника и устанавливают местоположение источника по текущим значениям координатных оценок, а по выбранному параметру Vx, Vy - скорость и направление движения источника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для распознавания морских судов по их шумоизлучению. В предлагаемом способе принимают шумовой сигнал движущегося судна комбинированным приемником градиента давления, оцифровывают, фильтруют, выполняют спектральный анализ методом БПФ, формируют спектры суммарного процесса сигнал плюс помеха S+N для полного набора 16 информативных параметров, характеризующих звуковое поле, формируют спектры помехи N для полного набора 16 информативных параметров, формируют отношение сигнал-помеха S/N для полного набора 16 информативных параметров, выбирают в компараторе дискретные составляющие, которым соответствуют максимальные значения отношения S/N из 16 возможных, определяют гармонический ряд лопастных частот fmax(nz), n=1,2,3 и т.д., которым соответствуют максимальные значения отношения S/N на выходе компаратора, а минимальную из них принимают за первую лопастную частоту fл(z), находят в спектре сигнала на выходе компаратора минимальную разностную частоту f(nz)-f(nz-1), которую принимают за первую вальную частоту fв(1)=f(nz)-f(nz-1), n=1,2,3 и т.д., вычисляют ориентировочное значение числа лопастей винта по формуле z0(i)=fл/fв, формируют набор эталонных спектров S(i)=cos(2πfz(i)/fmax), где S(i) - эталонный спектр для гипотезы о количестве лопастей номер i, содержащий вально-лопастный звукоряд, характерный для количества лопастей винта z(i), вычисляют для каждого S(i) его меру сходства K(i) со спектром исследуемого сигнала, строят график функции R(φ)=K(i)cos(φz0(i)), φ=(0, 2π) для найденного ориентировочного значения числа лопастей винта z0(i)=fл/fв и, если результирующая фигура подобна контуру винта с z0(i) лопастями, то делают вывод о том, что у наблюдаемого шумящего объекта количество лопастей равно z0(i).

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в пассивной гидролокации в зоне излучения источника с круговым (сферическим, цилиндрическим) волновым фронтом, а также в атмосферной акустике и пассивной радиолокации.

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для классификации сигналов шумоизлучения обнаруженных объектов, в том числе и сигналов шумоизлучения, вызванных источниками биоакустики.

Изобретение относится к области подводной навигации, а именно к определению местоположения подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы, и может быть использовано для определения навигационных характеристик (азимута, угла места, дальности, наклонного расстояния) подводного объекта.

Изобретение относится к области подводной навигации, а именно к определению местоположения подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы, и может быть использовано для определения навигационных характеристик (азимута, угла места, дальности, наклонного расстояния) подводного объекта.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к определению местоположения стрелка на местности при движении объекта обстрела с использованием звука от выстрела, и предполагает его использование при передвижениях войск и техники на железнодорожном и автомобильном транспорте, при движении в строю.

Изобретение относится к области гидроакустики, может быть использовано при решении задач обработки сигнала морских объектов пассивными гидроакустическими средствами и предназначено для разделения обнаруженных объектов на два класса: приповерхностные и подводные.

Изобретение относится к способам навигации подводных объектов (подводных лодок, обитаемых и необитаемых подводных аппаратов), конкретно к способам их позиционирования.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и гидроакустики, а именно к устройствам обнаружения сигналов при наличии помех. Устройство позволяет повысить помехоустойчивость за счет использования и включения в схему изобретения коррелятора, который, запоминая успешные отклики, поступающие на него, может детектировать сигнал с минимальным значением сигнал-помеха.

Изобретение относится к области подводной навигации, а именно к определению местоположения подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы, и может быть использовано для определения навигационных параметров (азимута, дальности, наклонного расстояния) подводного объекта.

Способ обнаружения подводного источника широкополосного шума относится к области гидроакустики и может использоваться в системах шумопеленгования и контроля подводной обстановки. Техническим результатом способа является повышение помехоустойчивости и вероятности правильного обнаружения источника широкополосного шума за счет получения и применения значительно более широкого объема объективных данных об источнике на основе контроля временной устойчивости угловых и спектральных характеристик потоков акустической энергии от источника на информативных частотах наблюдаемого диапазона частот, а также определение текущего местоположения и параметров движения источника за счет решения задачи обнаружения из двух точек акватории, в которой находится объект обнаружения. Способ включает прием широкополосного шума источника двумя разнесенными комбинированными приемниками, при котором для каждого приемника в циклах обработки временных фрагментов принимаемого сигнала вычисляют в каждом сформированном частотном канале величину горизонтального потока энергии и угол его прихода, разделяют весь горизонт наблюдения 0-360 град на равные горизонтальные назначенные угловые секторы, устанавливают из сформированных частотных каналов информативные каналы, группирующиеся по углу своего прихода в угловых секторах с величиной суммарной энергии входящих в него частотных каналов выше средней по всем назначенным секторам, формируют из характеристик информативных каналов спектральные энергетические портреты принятого сигнала, рассчитывают оценки текущих координат источника шума по углам прихода потоков энергии информативных частотных каналов, присущих обоим приемникам, анализируют результаты циклов обработки временных фрагментов принятого сигнала и принимают решение об обнаружении источника широкополосного шума по совокупности данных о временной устойчивости спектральных энергетических портретов, полученных приемниками в течение времени наблюдения, и степени их идентичности в каждом приемнике, концентрации координатных оценок в локальной области, а также соответствия временной изменчивости средних значений координатных оценок предполагаемой динамике движения источника и устанавливают местоположение источника по текущим значениям координатных оценок, а по временной изменчивости координатных оценок вычисляют скорость и направление движения источника. 1 ил.

Наверх