RU2055402C1 - Method for assessment of noises generated by remote ships in shallow sea - Google Patents

Method for assessment of noises generated by remote ships in shallow sea Download PDF

Info

Publication number
RU2055402C1
RU2055402C1 SU5054538A RU2055402C1 RU 2055402 C1 RU2055402 C1 RU 2055402C1 SU 5054538 A SU5054538 A SU 5054538A RU 2055402 C1 RU2055402 C1 RU 2055402C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
noise
noises
remote
reception
received
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Ильич Петров
Станислав Алексеевич Смирнов
Лев Евгеньевич Шейнман
Original Assignee
Юрий Ильич Петров
Станислав Алексеевич Смирнов
Лев Евгеньевич Шейнман
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Ильич Петров, Станислав Алексеевич Смирнов, Лев Евгеньевич Шейнман filed Critical Юрий Ильич Петров
Priority to SU5054538 priority Critical patent/RU2055402C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2055402C1 publication Critical patent/RU2055402C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: hydroacoustic measurements. SUBSTANCE: method involves non-directed reception of dynamic sea noises and noises caused by remote ships in given underwater position of controlled area, and conversion of received acoustic noise to power spectrum. Non-directed underwater acoustic detector is used for reception. Simultaneously with non-directed reception of noises they are received in given underwater position of controlled area by two directed receivers correspondingly from bottom and surface. Received noises are also converted to power spectrum and sum of power spectrum of noises from bottom and surface are subtracted from power spectrum of noises received in non-directed reception. EFFECT: increased functional capabilities. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустическим измерениям, а более конкретно к гидроакустическим измерениям шумности движущихся объектов, в частности косяков рыб. The invention relates to hydroacoustic measurements, and more particularly to hydroacoustic measurements of the noise of moving objects, in particular schools of fish.

Измерение подводного шума движущихся объектов, особенно косяков рыб, затруднено из-за помех от динамических шумов моря и шумов удаленного судоходства. При измерениях возникает задача выделить шумы судоходства на фоне помех от шумов моря. The measurement of the underwater noise of moving objects, especially schools of fish, is difficult due to interference from the dynamic noise of the sea and the noise of remote navigation. When measuring, the task arises to highlight the noise of shipping against the background of interference from the noise of the sea.

Известен способ определения шумов удаленного судоходства, основанные на выделении дискретных составляющих (Dyar I. Statisties of Distant Shipping Nouse. IASA, 1983, 53, p. 564-570). A known method for determining the noise of remote shipping, based on the allocation of discrete components (Dyar I. Statisties of Distant Shipping Nouse. IASA, 1983, 53, p. 564-570).

Однако этот способ не обладает всепогодностью и не позволяет оценить сплошную часть спектра удаленного судоходства. However, this method does not have all-weather and does not allow to evaluate the solid part of the spectrum of remote shipping.

Наиболее близким к предлагаемому является способ оценки шумов удаленного судоходства, включающий выполнение измерений в мелком море суммарного шума с помощью всенаправленного приемника при малой бальности и, следовательно, при малых уровнях динамических шумов моря. (Урик Р.Д. Основы гидроакустики. М. 1978, с. 344). Closest to the proposed one is a method for estimating the noise of remote shipping, which includes taking measurements of the total noise in a shallow sea using an omnidirectional receiver at low diving and, therefore, at low levels of dynamic sea noise. (Urik R.D. Fundamentals of hydroacoustics. M. 1978, p. 344).

Этот способ, включающий всенаправленный прием и преобразования акустических шумов в энергетический спектр, также не обладает всепогодностью, и его результаты можно использовать только для частных оценок. This method, including omnidirectional reception and conversion of acoustic noise into the energy spectrum, also does not have all-weather performance, and its results can be used only for private estimates.

Задачей изобретения является обеспечение возможности всепогодной оценки шумов удаленного судоходства, осуществляемой в реальном масштабе времени, т. е. одновременно с поступлением информации. The objective of the invention is to enable all-weather assessment of noise of remote navigation, carried out in real time, i.e., simultaneously with the receipt of information.

Для этого способ оценки уровня шумов удаленного судоходства в мелком море, основанный на всенаправленном приеме динамических ветровых шумов акватории и шумов удаленного судоходства в заданной заглубленной точке приема в акватории с помощью ненаправленного гидрофона и преобразовании принятого суммарного акустического шума в энергетический спектр, дополнен следующими новыми операциями:
одновременно с всенаправленным приемом акустических шумов осуществляют их направленный прием в заданной заглубленной точке приема в акватории раздельно от ее дна и поверхности с помощью двух направленных приемников;
принятые акустические шумы преобразуют в энергетические спектры;
формируют энергетическую сумму шумов от дна и поверхности акватории, которую вычитают из энергетического спектра шума при всенаправленном приеме.For this, the method for estimating the noise level of remote shipping in the shallow sea, based on the omnidirectional reception of dynamic wind noise of the water area and the noise of remote shipping at a given in-depth receiving point in the water using an omnidirectional hydrophone and converting the received total acoustic noise to the energy spectrum, is supplemented by the following new operations:
simultaneously with the omnidirectional reception of acoustic noise, they are directedly directed to a given in-depth receiving point in the water separately from its bottom and surface using two directional receivers;
Acoustic noise received is converted into energy spectra;
form the energy sum of noise from the bottom and surface of the water area, which is subtracted from the energy spectrum of the noise for omnidirectional reception.

В качестве двух направленных приемников могут быть использованы приемники с кардиоидной характеристикой направленности, ориентированные соответственно на дно и поверхность акватории. As two directional receivers, receivers with a cardioid directivity characteristic, oriented respectively to the bottom and surface of the water area, can be used.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 структурная схема устройства управления. In FIG. 1 shows a structural diagram of a device; figure 2 is a structural diagram of a control device.

В качестве примера приведена процедура выделения шумов удаленного судоходства из их смеси с динамическими (ветровыми) шумами моря. As an example, the procedure for separating the noise of remote shipping from their mixture with dynamic (wind) noise of the sea is given.

Прием акустических колебаний осуществлен с помощью всенаправленного приемника и еще двух всенаправленных приемников, расположенных на расстоянии d друг от друга, на которых сформированы две кардиоидные характеристики направленности, одна из которых ориентирована к поверхности моря (верхняя полусфера акватории), а другая ко дну (нижняя полусфера акватории), т.е. образованы два приемника с кардиоидными характеристиками направленности. В данном случае каждый приемник с кардиоидной характеристикой направленности образован последовательным встречным соединением всенаправленных приемников при включении в цепь
одного из них задержки τ ≈

Figure 00000001
где
k волновое число. Всенаправленные приемники имели одинаковую чувствительность γг(f), а приемники с кардиоидной характеристикой чувствительность γкар(f) ≈2kdγг(f).Acoustic vibrations were received using an omnidirectional receiver and two more omnidirectional receivers located at a distance d from each other, on which two cardioid directivity patterns were formed, one of which is oriented to the sea surface (upper hemisphere of the water area) and the other to the bottom (lower hemisphere water area), i.e. two receivers with cardioid directivity characteristics are formed. In this case, each receiver with a cardioid directivity pattern is formed by a serial counter-connection of omnidirectional receivers when connected to a circuit
one of them delays τ ≈
Figure 00000001
Where
k wave number. Omnidirectional receivers had the same sensitivity γ g (f), and receivers with a cardioid characteristic sensitivity γ car (f) ≈2kdγ g (f).

Энергетический спектр на выходе тракта приема сигнала в верхней полусфере Gв.п(f) и нижней полусфере Gн.п(f) имеет вид соответственно
Gв.п(f)=Gш.м.в.п(f)γ 2 кар (f)+
+Gсуд(f)γ 2 кар (f)R 2 в.п (θ),
Gн.п(f)=Gш.м.н.п(f) γ 2 кар (f)+
+Gсуд(f) γ 2 кар (f)R 2 н.п (θ), где Gш.м.в.п, Gш.м.н.п энергетический спектр акустического динамического шума моря, принимаемый в верхней и нижней полусферах акватории соответственно;
Gсуд(f) энергетический спектр шумов судоходства;
R(θ) кардиоидная характеристика направленности, принимая θ=0 для направления на поверхность для верхней полусферы Rв.п(θ)=0,5(1+cosθ ) и для нижней полусферы, соответственно, Rн.п(θ)=0,5(1- cosθ).The energy spectrum at the output of the signal receiving path in the upper hemisphere G np (f) and the lower hemisphere G np (f) has the form, respectively
G c.p. (f) = G bm.v.p (f) γ 2 car (f) +
+ G court (f) γ 2 car (f) R 2 vp (θ),
G n.p. (f) = G m.s. (f) γ 2 car (f) +
+ G court (f) γ 2 car (f) R 2 n.p (θ), where G msh.w.p , G msh.s. the energy spectrum of the acoustic dynamic noise of the sea, taken in the upper and lower hemispheres of the water area, respectively;
G court (f) energy spectrum of shipping noise;
R (θ) is the cardioid directivity characteristic, taking θ = 0 for the direction to the surface for the upper hemisphere R cp (θ) = 0.5 (1 + cosθ) and for the lower hemisphere, respectively, R nc (θ) = 0.5 (1-cosθ).

В предположении, что шумы удаленного судоходства распределяются равновероятно относительно угла θ=90о, для средних значений можно принять
R 2 cр ( θ=90о)=0,25, тогда сумма
GΣ (f)=Gв.п(f)+Gн.п(f) может быть представлена в виде
GΣ (f)=Gш.м(f) γ 2 кар (f)+0,5Gсуд(f) γ 2 кар (f), если приближенно применять, что энергетический спектр шума при всенаправленном приеме
Gш.м(f)=Gш.м.в.п(f)+Gш.м.н.п(f).Assuming that the noise of remote shipping is distributed equally likely with respect to the angle θ = 90 ° , for average values we can take
R 2 Wed (θ = 90 about ) = 0.25, then the sum
G Σ (f) = G c.e. (f) + G n.a. (f) can be represented as
G Σ (f) = G w.m (f) γ 2 car (f) + 0.5G court (f) γ 2 car (f) if approximately applied, that the energy spectrum of noise in omnidirectional reception
G m (f) = G m ( m ) + G m (f).

С другой стороны, суммарный энергетический спектр на выходе приемного тракта одиночного всенаправленного приемника (гидрофона)
Gг(f)=Gш.м(f) γ 2 г (f)+Gсуд(f) γ 2 г (f).On the other hand, the total energy spectrum at the output of the receiving path of a single omnidirectional receiver (hydrophone)
G g (f) = G m (f) γ 2 g (f) + G court (f) γ 2 g (f).

Тогда Gсуд(f) 2

Figure 00000002
Figure 00000003

или
Gсуд(f)
Figure 00000004
Figure 00000005
Gг(f)-
Figure 00000006

В соответствии с этим алгоритмом измерены энергетические спектры на выходе тракта гидрофона Gг(f) и трактов, формирующих две кардиоидные характеристики направленности Gв.п(f) и Gн.п(f), проведено суммирование этих энергетических спектров, а энергетический спектр шумов удаленного судоходства определен как разность энергетического спектра на выходе тракта гидрофона и суммы спектров на выходах трактов кардиоидных приемников.Then G court (f) 2
Figure 00000002
Figure 00000003

or
G court (f)
Figure 00000004
Figure 00000005
G g (f) -
Figure 00000006

In accordance with this algorithm, the energy spectra at the output of the hydrophone path G g (f) and the paths forming the two cardioid directivity characteristics G vp (f) and G np (f) were measured, a summation of these energy spectra was carried out, and the energy spectrum noise of remote shipping is defined as the difference of the energy spectrum at the output of the hydrophone path and the sum of the spectra at the outputs of the paths of cardioid receivers.

Полученный спектр шумов удаленного судоходства свободен от динамических шумов моря, которые, в свою очередь, могут быть определены как
Gш.м(f)

Figure 00000007
Figure 00000008
GΣ(f)
Figure 00000009
Figure 00000010
Gг(f)
Figure 00000011

Cуммарная погрешность определения энергетического спектра шумов удаленного судоходства не превышает 22%
Устройство, реализующее способ (фиг.1), содержит параллельно-последовательно соединенные всенаправленный приемник (сферический гидрофон) 1, первый 2 и второй 3 кардиоидные приемники, первый 4, второй 5 и третий 6 блоки усиления и фильтрации, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, спектроанализатор 8, блок 9 памяти γг(f) и γкар(f), вычислитель 10, систему 11 отображения информации (СОИ), а также содержит блок 12 управления, синхровыходы которого соединены соответственно с синхровходами АЦП 7, спектроанализатора 8, блока 9 памяти, вычислителя 10 и СОИ 11.The resulting spectrum of remote shipping noise is free of dynamic sea noise, which, in turn, can be defined as
G m (f)
Figure 00000007
Figure 00000008
G Σ (f)
Figure 00000009
Figure 00000010
G g (f)
Figure 00000011

The total error in determining the energy spectrum of noise from remote shipping does not exceed 22%
The device that implements the method (figure 1) contains a parallel-series connected omnidirectional receiver (spherical hydrophone) 1, first 2 and second 3 cardioid receivers, first 4, second 5 and third 6 amplification and filtering units, analog-to-digital converter (ADC) ) 7, a spectrum analyzer 8, a memory unit 9 γ g (f) and γ car (f), a computer 10, an information display system (SDI) 11, and also includes a control unit 12, the clock outputs of which are connected respectively to the clock inputs of the ADC 7, spectrum analyzer 8 , block 9 memory, calculator 10 and SDI 11.

Блок 12 управления устройством (фиг.2) содержит последовательно соединенные генератор 13 тактовых сигналов, первую 14, вторую 16, третью 16, четвертую 17 линии задержек, выходы которых соединены соответственно с блоками 7, 8, 9, 10 и 11. The device control unit 12 (Fig. 2) contains a series-connected clock signal generator 13, the first 14, second 16, third 16, fourth 17 delay lines, the outputs of which are connected respectively to blocks 7, 8, 9, 10 and 11.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Гидрофон 1 осуществляет всенаправленный прием акустических сигналов и преобразует их в электрические сигналы Xг(t).The hydrophone 1 carries out omnidirectional reception of acoustic signals and converts them into electrical signals X g (t).

Первый кардиоидный приемник 2 ведет прием акустических сигналов в нижней полусфере, а второй кардиоидный приемник 3 в верхней полусфере. Приемники преобразуют их в электрические сигналы Хн.п.(t), Xв.п(t). Эти сигналы после усиления и фильтрации в блоках 4, 5 и 6 поступают на АЦП 7, который преобразует их в последовательности Хг(n), Хв.п(n), Хн.п(n). В спектроанализаторе 8 из этих последовательностей формируются подпоследовательности длиной r отсчетов Хг,r(n), Хв.п,r(n), Хн.п,r(n), причем для вычисления энергетических спектров используется К подпоследовательностей. Для каждой из подпоследовательностей рассчитывают коэффициент БПФ Хг,r(K), Хв.п,r(K), Хн.п.r(K) по формулам
Xг,r(K)

Figure 00000012
Xг,r(n)•W(n)e
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015

Xв.п,r(K)
Figure 00000016
Xв.п,r(n)•W(n)e
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019

Xн.п,r(K)
Figure 00000020
Xн.п,r(n)•W(n)e
Figure 00000021
Figure 00000022
Figure 00000023
где W(n) соответствующее окно.The first cardioid receiver 2 receives acoustic signals in the lower hemisphere, and the second cardioid receiver 3 in the upper hemisphere. The receivers convert them into electrical signals X n.p. (t), X c.p (t). These signals, after amplification and filtering in blocks 4, 5 and 6, are fed to the ADC 7, which converts them into the sequence X g (n), X cp (n), X np (n). In a spectrum analyzer 8 of these sequences are formed subsequences of length r samples X g, r (n), X vp, r (n), X np, r (n), and K subsequences are used to calculate the energy spectra. For each of the subsequences, the FFT coefficient X g, r (K), X c.p., r (K), X n.p.r (K) is calculated by the formulas
X g, r (K)
Figure 00000012
X g, r (n) • W (n) e
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015

X.e., r (K)
Figure 00000016
X c.p., r (n) • W (n) e
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019

X n.p., r (K)
Figure 00000020
X n.p., r (n) • W (n) e
Figure 00000021
Figure 00000022
Figure 00000023
where W (n) is the corresponding window.

Далее находятся периодограммы
Iг,r(fk)

Figure 00000024
Figure 00000025
Xг,r(K)
Figure 00000026

Iв.п,r(fk)
Figure 00000027
Figure 00000028
Xв.п,r(K)
Figure 00000029

Iн.п,r(fk)
Figure 00000030
Figure 00000031
Xн.п,r(K)
Figure 00000032
где fk=
Figure 00000033
частоты дискретного преобразования Фуpье (ДПФ);
V
Figure 00000034
W2(n) энергия окна.Next are periodograms
I g, r (f k )
Figure 00000024
Figure 00000025
X g, r (K)
Figure 00000026

I vp, r (f k )
Figure 00000027
Figure 00000028
X.e., r (K)
Figure 00000029

I n.p., r (f k )
Figure 00000030
Figure 00000031
X n.p., r (K)
Figure 00000032
where f k =
Figure 00000033
discrete Fourier transform (DFT) frequencies;
V
Figure 00000034
W 2 (n) window energy.

Оценки спектральных плотностей находят по формулам

Figure 00000035
(fk)
Figure 00000036
Figure 00000037
Iг,r(fk)
Figure 00000038
(fk)
Figure 00000039
Figure 00000040
Iв.п,r(fk)
Gн.п(fk)
Figure 00000041
Figure 00000042
Iн.п,r(fk)
Вычислитель 10 производит расчет по формуле
Gсуд(f) 2
Figure 00000043
Figure 00000044

Данные об энергетическом спектре Gсуд(f) отображаются на индикаторах СОИ.Estimates of spectral densities are found by the formulas
Figure 00000035
(f k )
Figure 00000036
Figure 00000037
I g, r (f k )
Figure 00000038
(f k )
Figure 00000039
Figure 00000040
I vp, r (f k )
G n.p (f k )
Figure 00000041
Figure 00000042
I n.p., r (f k )
Calculator 10 calculates by the formula
G court (f) 2
Figure 00000043
Figure 00000044

Data on the energy spectrum of G court (f) are displayed on the SDI indicators.

Claims (2)

1. СПОСОБ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ШУМОВ УДАЛЕННОГО СУДОХОДСТВА В МЕЛКОМ МОРЕ, основанный на всенаправленном приеме динамических ветровых шумов акватории и шумов удаленного судоходства в заданной заглубленной точке приема в акватории с помощью ненаправленного гидрофона и преобразовании принятого суммарного акустического шума в энергетический спектр, отличающийся тем, что одновременно с всенаправленным приемом акустических шумов осуществляют их направленный прием а заданной заглубленной точке приема в акватории раздельно от ее дна и поверхности с помощью двух направленных приемников, принятые акустические шумы преобразуют в энергетические спектры и формируют энергетическую сумму шумов от дна и поверхности акватории, которую вычитают из энергетического спектра шума при всенаправленном приеме. 1. METHOD FOR ESTIMATING THE NOISE LEVEL OF REMOTE SHIPPING IN SHallow SEA, based on the omnidirectional reception of dynamic wind noise of the water area and the noise of remote navigation at a given in-depth receiving point in the water area using an omnidirectional hydrophone and converting the received total acoustic noise into the energy spectrum, which differs in that with omnidirectional reception of acoustic noise, they are directedly directed at a given in-depth receiving point in the water separately from its bottom and surface With two directional receivers, the received acoustic noise is converted into energy spectra and forms the energy sum of the noise from the bottom and surface of the water area, which is subtracted from the energy spectrum of the noise for omnidirectional reception. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве двух направленных приемников используют приемники с кардиоидной характеристикой направленности, ориентированные соответственно на дно и поверхность акватории. 2. The method according to p. 1, characterized in that as two directional receivers use receivers with a cardioid directivity, oriented respectively to the bottom and surface of the water area.
SU5054538 1992-06-23 1992-06-23 Method for assessment of noises generated by remote ships in shallow sea RU2055402C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5054538 RU2055402C1 (en) 1992-06-23 1992-06-23 Method for assessment of noises generated by remote ships in shallow sea

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5054538 RU2055402C1 (en) 1992-06-23 1992-06-23 Method for assessment of noises generated by remote ships in shallow sea

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2055402C1 true RU2055402C1 (en) 1996-02-27

Family

ID=21609464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5054538 RU2055402C1 (en) 1992-06-23 1992-06-23 Method for assessment of noises generated by remote ships in shallow sea

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2055402C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Урик Р.Д. Основы гидроакустики. М., 1978, с.344. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7330399B2 (en) Sonar system and process
US5475651A (en) Method for real-time extraction of ocean bottom properties
Steele et al. Theory and application of calibration techniques for an NDBC directional wave measurements buoy
Huang et al. Mapping of ocean currents in shallow water using moving ship acoustic tomography
Atkins et al. Transmit-signal design and processing strategies for sonar target phase measurement
RU2225991C2 (en) Navigation sonar to illuminate near situation
JPH03262990A (en) Wave observation radar
Xu et al. Performance analysis for matched-field source localization: Simulations and experimental results
RU2055402C1 (en) Method for assessment of noises generated by remote ships in shallow sea
Santos et al. Geometric and seabed parameter estimation using a vector sensor array—Experimental results from Makai experiment 2005
RU167401U1 (en) Side-View Interferometric Sonar
RU2300781C1 (en) Device for hydrometeorological observations of sea range water area
Williams et al. Time coherence of acoustic signals transmitted over resolved paths in the deep ocean
Borge et al. Estimation of sea state directional spectra by using marine radar imaging of sea surface
JPS6022681A (en) Method and device for wave height radar observation
JP3881078B2 (en) Frequency estimation method, frequency estimation device, Doppler sonar and tidal meter
Griffiths et al. Acoustic correlation sonar for vertical profiling of ocean currents to a range of 1 km
EP1089092A1 (en) Method and apparatus for measuring physical parameters from the phase and amplitude histories of an acoustic signal
RU2376653C1 (en) Device of hydrometeorological surveys of water area of sea polygon
JP2690606B2 (en) Sound source number determination method
Grall et al. Depth determination accuracy of the modified Prony method in a swath mapping application
Jantti Trials and experimental results of the ECHOS XD multibeam echo sounder
Becken The directional distribution of ambient noise in the ocean.
CN113030925B (en) Data acquisition equipment, underwater vertical array element position measurement system and method
Hodgkiss et al. Acoustic positioning for an array of freely drifting infrasonic sensors