RU2293358C1 - Mode of detection of a sonar echo-signal - Google Patents
Mode of detection of a sonar echo-signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2293358C1 RU2293358C1 RU2005115014/09A RU2005115014A RU2293358C1 RU 2293358 C1 RU2293358 C1 RU 2293358C1 RU 2005115014/09 A RU2005115014/09 A RU 2005115014/09A RU 2005115014 A RU2005115014 A RU 2005115014A RU 2293358 C1 RU2293358 C1 RU 2293358C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- detection
- spectrum
- sonar
- echo
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и радиотехники и может быть использовано для построения систем обнаружения сигнала гидролокатора.The invention relates to the field of sonar and radio engineering and can be used to build sonar signal detection systems.
Известны способы обнаружения эхосигнала, основанные на приеме эхосигнала гидролокатора на фоне шумов и помех в среде, преобразовании акустического сигнала в электрический гидроакустической антенной, определении энергетического спектра электрического процесса на выходе гидроакустической антенны, представляющего собой смесь электрического сигнала и нормальной стационарной шумовой помехи, изложенные, например в работе Евтютов Е.С. и Митько В.Б. "Примеры инженерных расчетов в гидроакустике", Судостроение, 1981 г., с.77. Способ содержат спектральный анализ этого процесса, детектирование спектральных составляющих, интегрирование огибающей и обнаружение сигнала при сравнении с порогом.Known methods for detecting an echo signal based on receiving an echo signal from a sonar against a background of noise and interference in a medium, converting an acoustic signal into an electric sonar antenna, determining the energy spectrum of an electric process at the output of a sonar antenna, which is a mixture of an electric signal and normal stationary noise interference, are set forth, for example in the work of Evtyutov E.S. and Mitko V.B. "Examples of engineering calculations in hydroacoustics", Shipbuilding, 1981, p.77. The method includes a spectral analysis of this process, detection of spectral components, integration of the envelope and signal detection when comparing with a threshold.
Аналогичный способ обнаружения эхосигнала изложен в книге B.C. Бурдик "Анализ гидроакустических систем", Судостроение, 1988 г., с.347 и содержит многоканальную по частоте фильтрацию, детектирование, выделение огибающей и сравнение с порогом.A similar method for echo detection is described in B.C. Burdik "Analysis of hydroacoustic systems", Shipbuilding, 1988, p. 347 and contains multichannel-frequency filtering, detection, envelope selection and comparison with the threshold.
Подобный способ приведен в "Справочнике по гидроакустике", Судостроение, 1988 г., с.27. При этом под спектральным анализом понимают, как правило, полосовую фильтрацию, выделяющую основную энергию электрического процесса. При использовании цифровой техники в качестве спектрального анализа применяют процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ), которые обеспечивают выделение и измерение энергетического спектра шумового электрического процесса. "Применение цифровой обработки сигналов", М.: Мир, 1990 г., с.296. Перечисленные способы характеризуются недостаточной помехоустойчивостью.A similar method is given in the "Reference on hydroacoustics", Shipbuilding, 1988, p.27. In this case, spectral analysis is understood, as a rule, as band pass filtering, which releases the main energy of the electrical process. When using digital technology, fast Fourier transform (FFT) procedures are used as spectral analysis, which provide the selection and measurement of the energy spectrum of a noise electrical process. "The use of digital signal processing", M .: Mir, 1990, S. 266. These methods are characterized by insufficient noise immunity.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является способ обнаружения эхосигнала, рассмотренный в книге Л. Рабинер, Б. Гоулд "Теория и применение цифровой обработки сигналов", М.: Мир, 1978 г.The closest analogue of the proposed technical solution is a method for detecting an echo signal, considered in the book of L. Rabiner, B. Gould, "Theory and Application of Digital Signal Processing", M .: Mir, 1978.
Способ содержит следующие операции:The method contains the following operations:
- излучение зондирующего сигнала длительностью Т на известной частоте;- radiation of a probe signal of duration T at a known frequency;
- прием эхосигнала в смеси с шумовой помехой гидроакустической антенной;- receiving an echo signal in a mixture with noise interference by a hydroacoustic antenna;
- дискретизацию электрического сигнала на выходе гидроакустической антенны сигнала;- discretization of the electrical signal at the output of the sonar antenna of the signal;
- набор входных дискретизированных отсчетов длительностью Т;- a set of input sampled samples of duration T;
- определение энергетического спектра с помощью БПФ;- determination of the energy spectrum using FFT;
- сдвиг набора электрического сигнала по времени;- time shift of the electrical signal;
- многократное повторение процедуры набора сдвинутых во времени входных дискретизированных отсчетов длительностью Т и определение энергетического спектра;- repeated repetition of a set of time-shifted input sampled samples of duration T and determination of the energy spectrum;
- выбор набора с максимальной энергией сигнала;- selection of a set with maximum signal energy;
- принятие решения об обнаружении по набору с максимальной энергией сигнала.- making a decision on detection using a set with maximum signal energy.
Недостатком способа-прототипа является низкая помехоустойчивость при приеме акустического эхосигнала в присутствии шумов и помех.The disadvantage of the prototype method is the low noise immunity when receiving an acoustic echo in the presence of noise and interference.
Задачей изобретения является повышение помехоустойчивости при обнаружении эхосигнала в присутствии шумов и помех.The objective of the invention is to increase the noise immunity when detecting an echo signal in the presence of noise and interference.
Для решения поставленной задачи, что в известный способ обнаружения эхосигнала гидролокатора, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала в смеси с шумовой помехой гидроакустической антенной, дискретизацию электрического сигнала на выходе антенны, набор дискретизированных отсчетов электрического сигнала длительностью Т, получение последовательно, через равные промежутки времени за все время обнаружения наборов дискретизированных отсчетов электрического сигнала и быстрое преобразование Фурье полученных наборов дискретизированных отсчетов введены новые операции, а именно:To solve the problem, that in a known method for detecting an echo signal of a sonar containing radiation of a probing signal, receiving an echo signal in a mixture with noise interference by a hydroacoustic antenna, sampling an electrical signal at the output of an antenna, a set of sampled samples of an electrical signal of duration T, obtaining sequentially, at regular intervals for the whole time of detection of sets of discretized samples of an electric signal and fast Fourier transform of the obtained sets of skretizirovannyh samples introduced new operations, namely:
- по каждому набору дискретизированных отсчетов электрического сигнала определяют комплексный спектр;- for each set of discretized samples of the electrical signal determine the complex spectrum;
- сдвиг наборов осуществляют на время 1/8<ΔT<1/2Т;- the shift sets are carried out at a time of 1/8 <ΔT <1 / 2T;
- запоминают каждый предыдущий и каждый последующий набор комплексных спектров;- remember each previous and each subsequent set of complex spectra;
- определяют взаимный спектр между каждым предыдущим и каждым последующим наборами;- determine the mutual spectrum between each previous and each subsequent sets;
- выбирают взаимный спектр, имеющий максимальную энергию, по которому принимают решение об обнаружении сигнала.- choose a mutual spectrum having a maximum energy, which decide on the detection of the signal.
Техническим результатом от использования изобретения является уменьшение суммарной помехи и повышение отношения сигнал/помеха при определении взаимного спектра эхосигнала при малом отношении сигнал/ помеха. Поясним достижение указанного результата.The technical result from the use of the invention is to reduce the total interference and increase the signal-to-noise ratio when determining the mutual spectrum of the echo signal with a small signal-to-noise ratio. Let us explain the achievement of the indicated result.
Известно, что если имеются два процесса x(t) и y(t), то преобразование Фурье к-х реализации длиной Т каждого процесса определяется в видеIt is known that if there are two processes x (t) and y (t), then the Fourier transform of the k-th realization of length T of each process is defined as
где Т - длительность сигнала с частотой f.where T is the signal duration with a frequency f.
Тогда взаимный спектр этих двух случайных процессов определяется, с использованием свертки X×Y, соотношениемThen the mutual spectrum of these two random processes is determined, using the convolution X × Y, by the relation
где - комплексно-сопряженный спектр для комплексного спектра Yk(f, T).Where is the complex conjugate spectrum for the complex spectrum Y k (f, T).
Если взаимный спектр определяется между двумя реализациями одного и того же сигнала, тоIf the mutual spectrum is determined between two realizations of the same signal, then
Если взаимный спектр определяется между двумя реализациями нормального стационарного шума, сдвинутыми на интервал больше, чем интервал корреляции шумового процесса, то произведение Xk(f, T)пом и Yk+Δt(f, t)пом будет мало, так как Х и Y независимы.If the mutual spectrum is determined between two real stationary noise realizations shifted by an interval greater than the correlation interval of the noise process, then the product X k (f, T) pom and Y k + Δt (f, t) pom will be small, since X and Y are independent.
Таким образом, если взаимный спектр определяется между двумя одинаковыми сигналами, то он максимальный, если он определяется между независимыми сигналами, то он равен 0.Thus, if the mutual spectrum is determined between two identical signals, then it is maximum, if it is determined between independent signals, then it is 0.
При наборе дискретизированных отсчетов длительностью Т входной реализации, в которой временное положение эхосигнала не определено, в набор может войти только часть сигнала, а следующая часть будет набрана в следующем наборе дискретизированных отсчетов.With a set of sampled samples of duration T of the input implementation, in which the temporal position of the echo signal is not defined, only part of the signal can enter the set, and the next part will be typed in the next set of sampled samples.
При наличии сигнала в соседних сдвинутых во времени наборах дискретизированных отсчетов величина взаимного спектра будет увеличиваться в зависимости от величины перекрытия наборов.In the presence of a signal in adjacent sets of time-shifted sampled samples shifted in time, the value of the mutual spectrum will increase depending on the amount of overlap of the sets.
Максимальная оценка взаимного спектра будет при малом сдвиге между наборами дискретизированных отсчетов, но тогда и помеха в соседних наборах будет одна и та же. Минимальный взаимный спектр для сигнала будет при временном сдвиге, превышающем длительность сигнала.The maximum estimate of the mutual spectrum will be with a small shift between the sets of discretized samples, but then the interference in the neighboring sets will be the same. The minimum mutual spectrum for the signal will be at a time shift exceeding the signal duration.
При обработке эхосигнала методом, предложенным в прототипе, амплитуда эхосигнала определяется только величиной длительности сигнала, попавшего на обработку при выбранном интервале сдвига. При использовании предлагаемого метода энергия эхосигнала будет определяться взаимным спектром, равным произведению энергий сигналов, содержащихся в части сигналов предыдущего и последующего наборов.When processing the echo signal by the method proposed in the prototype, the amplitude of the echo signal is determined only by the value of the duration of the signal that got to the processing at the selected shift interval. When using the proposed method, the energy of the echo signal will be determined by the mutual spectrum equal to the product of the energies of the signals contained in the signals of the previous and subsequent sets.
Если накрыта часть сигнала длительности Т, например , то процесс на выходе БПФ для прототипа будет определяться выражениемIf part of a signal of duration T is covered, for example , then the process at the output of the FFT for the prototype will be determined by the expression
Для взаимного спектра между предыдущим и последующим наборами, сдвинутыми на For the mutual spectrum between the previous and subsequent sets shifted by
Для помехи любое произведение и будет мало в силу независимости помехи в двух временных наборах, разнесенных на интервалTo interfere with any work and will be small due to the independence of interference in two time sets spaced apart by an interval
большим, чем интервал корреляции помехи, где - комплексная оценка спектра предыдущего набора. larger than the interference correlation interval, where - A comprehensive assessment of the spectrum of the previous set.
Интервал корреляции помехи определяется шириной полосы приемного тракта Δf. Следует выбирать интервал сдвига больше, чем интервал , но меньше, чем длительность используемого сигнала гидролокатора.The interference correlation interval is determined by the receive path bandwidth Δf. Select a shift interval greater than the interval. but less than the duration of the sonar signal used.
С другой стороны, необходимо получить несколько оценок взаимной спектральной плотности. Если выбрать набор временной реализации через Т, тогда нельзя получить взаимный спектр, поскольку сигнал можно будет получить только один раз и будет только один взаимный спектр между сигналом и помехой и выбирать будет не из чего. Наиболее рационально выбирать длительность сдвига между наборами 1/8Т<ΔT<1/2Т, тогда помеха между наборами будет не коррелирована, а для сигнала взаимная спектральная плотность будет определяться между несколькими наборами входного дискретизированного процесса. Этот результат был получен экспериментально.On the other hand, it is necessary to obtain several estimates of the mutual spectral density. If you select a set of temporal implementation through T, then you can not get the mutual spectrum, because the signal can be obtained only once and there will be only one mutual spectrum between the signal and the interference and there will be nothing to choose from. It is most rational to choose the shift duration between the sets 1 / 8T <ΔT <1 / 2T, then the interference between the sets will not be correlated, and for the signal the mutual spectral density will be determined between several sets of the input sampled process. This result was obtained experimentally.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема устройства, реализующего данный способ. Устройство содержит гидроакустическую антенну 1, дискретизатор входного процесса 2, блок набора входного сигнала 3, коммутатор 4, блоки вычисления очередного спектра БПФ 5 и 6, блок вычисления взаимного спектра 7, блок памяти 8 и блок принятия решения 9. С помощью описанного выше устройства предложенный способ реализуется следующим образом.The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a device that implements this method. The device comprises a hydroacoustic antenna 1, an input process sampling device 2, an input signal dialing unit 3, a switch 4, calculation units for the next spectrum of the FFT 5 and 6, a mutual spectrum calculation unit 7, a memory unit 8, and a decision unit 9. Using the device described above, the proposed the method is implemented as follows.
Акустический сигнал поступает на вход гидроакустической антенны 1 и далее через дискретизатор 2 отсчеты входного сигнала поступают на вход блока набора дискретизированных отсчетов электрического сигнала 3, где производится набор дискретизованных отсчетов длительности Т, и через коммутатор 4 поступают на блок БПФ 5, в котором определяется комплексный спектр, поданного набора дискретизированных отсчетов длительностью Т.The acoustic signal is fed to the input of the hydroacoustic antenna 1 and then, through the sampler 2, the samples of the input signal are fed to the input of the block of the set of sampled samples of the electric signal 3, where a set of sampled samples of duration T is made, and through the switch 4 they are sent to the FFT block 5, in which the complex spectrum is determined filed set of discretized samples of duration T.
Следующий набор дискретизованных отсчетов длительностью Т, сдвинутый относительно первого на интервал Δt, через коммутатор 4 поступает на блок БПФ-6, в котором определяется комплексный спектр последующего набора. После чего определенные комплексные спектры в блоках 5 и 6 поступают на блок вычисления взаимного спектра 7 и далее в блок памяти 8. Выход блока 8 соединен со входом блока 9, где сравниваются максимумы и принимается решение об обнаружении сигнала. Процедура определения максимума производится на весь период обработки информации, который определяется циклом излучение - прием. Поскольку помеха между наборами дискретизированных отсчетов не коррелирована, то энергия взаимной спектральной плотности помехи между наборами будет мала. Для сигнала энергия взаимного спектра будет определяться величиной перекрытия последующих наборов дискретизированных отсчетов, и при наличии в них сигналов он будет существенно больше энергии помехи. Таким образом, поставленная задача решена.The next set of sampled samples of duration T, shifted relative to the first by the interval Δt, through switch 4 enters the BPF-6 block, in which the complex spectrum of the subsequent set is determined. After that, certain complex spectra in blocks 5 and 6 go to the mutual spectrum calculation unit 7 and then to the memory block 8. The output of block 8 is connected to the input of block 9, where the maxima are compared and a decision is made about signal detection. The procedure for determining the maximum is performed for the entire period of information processing, which is determined by the radiation-reception cycle. Since the interference between the sets of sampled samples is not correlated, the energy of the mutual spectral density of the interference between the sets will be small. For a signal, the energy of the mutual spectrum will be determined by the overlap of subsequent sets of discretized samples, and if there are signals in it, it will be significantly greater than the interference energy. Thus, the task is solved.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005115014/09A RU2293358C1 (en) | 2005-05-17 | 2005-05-17 | Mode of detection of a sonar echo-signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005115014/09A RU2293358C1 (en) | 2005-05-17 | 2005-05-17 | Mode of detection of a sonar echo-signal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2293358C1 true RU2293358C1 (en) | 2007-02-10 |
Family
ID=37862653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005115014/09A RU2293358C1 (en) | 2005-05-17 | 2005-05-17 | Mode of detection of a sonar echo-signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2293358C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2466419C1 (en) * | 2011-06-29 | 2012-11-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of classifying sonar echo signal |
RU2496117C1 (en) * | 2012-04-19 | 2013-10-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of measuring displacement parameters of probing signal source |
RU2528556C1 (en) * | 2013-05-22 | 2014-09-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of processing sonar echo signal |
RU2726312C1 (en) * | 2019-08-16 | 2020-07-13 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of displaying hydrolocation information |
-
2005
- 2005-05-17 RU RU2005115014/09A patent/RU2293358C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РАБИНЕР Л. и др. Теория и применение цифровой обработки сигналов. - М.: Мир, 1978. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2466419C1 (en) * | 2011-06-29 | 2012-11-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of classifying sonar echo signal |
RU2496117C1 (en) * | 2012-04-19 | 2013-10-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of measuring displacement parameters of probing signal source |
RU2528556C1 (en) * | 2013-05-22 | 2014-09-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of processing sonar echo signal |
RU2726312C1 (en) * | 2019-08-16 | 2020-07-13 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of displaying hydrolocation information |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101852854B (en) | Underwater multi-beam sounding system and method | |
US9268022B2 (en) | Underwater detection device and underwater detecting method | |
US8121222B2 (en) | Systems and methods for construction of time-frequency surfaces and detection of signals | |
JP4930130B2 (en) | Active sonar device, received signal processing method for sonar, and signal processing program thereof | |
RU2010108306A (en) | METHODS AND DEVICES FOR DETERMINING THE PULSE CHARACTERISTIC OF DISTRIBUTION CHANNELS IN THE PRESENCE OF RADIATORS, REFLECTORS AND SENSITIVE ELEMENTS, STATIONARY OR MOBILE | |
RU2466419C1 (en) | Method of classifying sonar echo signal | |
Yu et al. | Estimating the delay-Doppler of target echo in a high clutter underwater environment using wideband linear chirp signals: Evaluation of performance with experimental data | |
RU2293358C1 (en) | Mode of detection of a sonar echo-signal | |
CN104168232A (en) | Method for determining multipath time delay and Doppler frequency shift in underwater acoustic channel | |
US7225093B1 (en) | System and method for generating triggers based on predetermined trigger waveform and a measurement signal | |
CN103618575B (en) | Automatic real-time frame synchronization method of frequency-modulated hydro-acoustic communication system | |
CN106330342A (en) | Water sound communication doppler factor estimation method with low computation complexity | |
RU2460093C1 (en) | Method of measuring distance using sonar | |
RU2660219C1 (en) | Method of classifying sonar echo | |
RU2534030C1 (en) | Method of protecting echo signals from nonsynchronous pulse interference in receiving channel of pulsed doppler radar stations | |
RU2627977C1 (en) | Method of object detection and measurement of its parameters | |
JP6024413B2 (en) | measuring device | |
RU2292558C1 (en) | Method of determination electric current noise signal spectrum | |
RU2593622C1 (en) | Method of measuring radial velocity of object at its noise emission | |
CN111189912B (en) | Emission reference ultrasonic detection method, device and storage medium | |
KR101524550B1 (en) | Method and Apparatus for a fast Linear Frequency Modulation target detection compensating Doppler effect according to the target speed | |
RU2606634C2 (en) | Method of ultra broadband signal detecting | |
RU2719214C1 (en) | Active sonar | |
RU2555194C1 (en) | Processing of hydroacoustic signal from noise-emitting object | |
Diamant | Computationally efficient calculations of target performance of the normalized matched filter detector for hydrocoustic signals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090518 |