RU2308052C1 - Method for detection, identification and determination of space coordinates of objects at surfacing of underwater vehicle - Google Patents
Method for detection, identification and determination of space coordinates of objects at surfacing of underwater vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308052C1 RU2308052C1 RU2005140955/28A RU2005140955A RU2308052C1 RU 2308052 C1 RU2308052 C1 RU 2308052C1 RU 2005140955/28 A RU2005140955/28 A RU 2005140955/28A RU 2005140955 A RU2005140955 A RU 2005140955A RU 2308052 C1 RU2308052 C1 RU 2308052C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- signal
- receivers
- pump signal
- objects
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области акустики (к нелинейной гидроакустики, в частности) и может быть использовано в подводных аппаратах (ПА) для обеспечения навигационной безопасности их мореплавания и всплытия на поверхность моря, в частности.The invention relates to the field of acoustics (to nonlinear hydroacoustics, in particular) and can be used in underwater vehicles (PA) to ensure navigational safety of their navigation and ascent to the surface of the sea, in particular.
Задача, которая решается изобретением, заключается в дальнем обнаружении, идентификации и определении пространственных координат воздушных (ВО), надводных (НО) и подводных (ПО) объектов, а также параметров морского волнения (MB) по информации, содержащейся в гидроакустических высокочастотных (ВЧ) волнах накачки, излученных с ПА, рассеянных на приповерхностном пузырьковом слое (ППС), глубинном пузырьковом слое (ГПС) и донном пузырьковом слое (ДПС), в акустических и гидроакустических низкочастотных (НЧ) волнах, формируемых в процессе движения ВО, НО и ПО, а также в ВЧ волнах и комбинационных волнах, образованных в неоднородной морской среде за счет нелинейного взаимодействия гидроакустических ВЧ волн накачки и НЧ акустических и гидроакустических волн, относительно простым способом в условиях ПА для обеспечения его навигационной безопасности плавания и всплытия на поверхность моря.The problem that is solved by the invention is the early detection, identification and determination of the spatial coordinates of air (AT), surface (BUT) and underwater (PO) objects, as well as parameters of sea waves (MB) according to information contained in high-frequency sonar (HF) pump waves emitted from PA scattered on the near-surface bubble layer (PPS), deep bubble layer (GPS) and the bottom bubble layer (DPS), in acoustic and hydroacoustic low-frequency (LF) waves generated during the motion of В О, НО and ON, as well as in HF waves and Raman waves generated in an inhomogeneous marine environment due to the nonlinear interaction of hydroacoustic HF pump waves and LF acoustic and hydroacoustic waves, in a relatively simple way under PA conditions to ensure its navigational safety of navigation and ascent to surface of the sea.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Подводный аппарат совершает плавание в неоднородной морской среде (с ППС, ГПС и ДПС). В районе всплытия на поверхность моря возможно столкновение с ВО, НО и ПО. В этом случае акустические системы самой носовой оконечности (НОК) и самой кормовой оконечности (КОК) ПА с помощью соответствующих поворотных устройств ориентированы в пространстве таким образом, чтобы по направлениям «справа», «слева» и «вниз» обеспечивалась максимальная акустическая чувствительность: характеристики направленности (ХН) соответствующих акустических систем ПА полностью перекрывались в каждой плоскости, а по направлению «верх» обеспечивалась максимальная площадь поиска ВО - ХН соответствующих акустических систем были максимально разведены в противоположные стороны.The underwater vehicle makes a voyage in a heterogeneous marine environment (with PPS, GPS and DPS). In the area of ascent to the surface of the sea, a collision with VO, BUT and PO is possible. In this case, the acoustic systems of the nasal tip (NOC) and the aft tip (COC) of the PA with the help of appropriate rotary devices are oriented in space in such a way that the maximum acoustic sensitivity is ensured in the directions “right”, “left” and “down”: characteristics the directivity (HN) of the respective PA speaker systems completely overlapped in each plane, and in the direction “top” the maximum search area was provided - VO - HN of the respective speaker systems was maximally separated in opposite directions.
В специальных блоках производится формирование и усиление ВЧ сигнала накачки на частотах: ω1, соответствующей резонансной частоте ППС; ω2, соответствующей резонансной частоте ГПС; ω3=2ω2, соответствующей второй гармонике резонансной частоты ГПС, и ω4, соответствующей резонансной частоте ДПС, а с помощью соответствующих излучателей ВЧ сигнала накачки, расположенных на корпусе ПА на одинаковом угловом расстоянии в НОК и КОК, а также ориентированных определенным образом в пространстве, их направленное излучение в неоднородную морскую среду.In special blocks, the RF pump signal is generated and amplified at the frequencies: ω 1 corresponding to the resonant frequency of the PPP; ω 2 corresponding to the resonant frequency of the GPS; ω 3 = 2ω 2 , corresponding to the second harmonic of the resonant frequency of the GPS, and ω 4 , corresponding to the resonant frequency of the DPS, and using the corresponding emitters of the RF pump signal located on the PA case at the same angular distance in the NOC and COC, as well as oriented in a certain way in space, their directed radiation into an inhomogeneous marine environment.
Рассеиваясь на неоднородностях морской среды, ВЧ сигнал накачки на частотах ω1, ω2, ω3 и ω4 модулируется по амплитуде и фазе (частоте) соответствующим НЧ полезным сигналом: Ωво - при наличии ВО, Ωно - при наличии НО, Ωпо - при наличии ПО и Ωвм - при наличии волнения моря. При этом образуются различные комбинационные частоты ωi± Ωj.Scattering on the inhomogeneities of the marine environment, the HF pump signal at frequencies ω 1 , ω 2 , ω 3 and ω 4 is modulated in amplitude and phase (frequency) by the corresponding LF useful signal: Ω in - in the presence of HE, Ω but - in the presence of NO, Ω by - in the presence of software and Ω VM - in the presence of sea waves. In this case, various combination frequencies ω i ± Ω j are formed .
С помощью n приемников ВЧ сигнала накачки, расположенных на корпусе ПА на одинаковом угловом расстоянии в НОК и КОК, а также ориентированных определенным образом в пространстве, осуществляется направленный прием ВЧ сигнала накачки, рассеянного от различных неоднородностей морской среды. При наличии ВО, НО, ПО и волнения моря ВЧ сигнал накачки модулируется по амплитуде и фазе (частоте) соответствующим НЧ полезным сигналом. Например, для ВО: ω1± Ωво, ω1± Ωно, ω1± Ωпо и ω1± Ωвм.Using n receivers of the RF pump signal located on the PA housing at the same angular distance in the NOC and the COC, as well as oriented in a certain way in space, directional reception of the RF pump signal scattered from various inhomogeneities of the marine environment is carried out. In the presence of VO, BO, PO and sea waves, the HF pump signal is modulated in amplitude and phase (frequency) by the corresponding LF useful signal. For example, for VO: ω 1 ± Ω in , ω 1 ± Ω but , ω 1 ± Ω in and ω 1 ± Ω in .
С помощью коммутатора осуществляется последовательно-параллельное подключение n приемников ВЧ сигнала накачки к соответствующим блокам усиления и обработка принятого ВЧ сигнала накачки, в которых осуществляется выделение НЧ полезного сигнала Ωj из ВЧ сигнала накачки ωi методом амплитудной и фазовой (частотной) демодуляции. Далее НЧ полезный сигнал Ωj с выходов блоков усиления и обработки принятого ВЧ сигнала накачки поступает на соответствующий вход решающего устройства.Using the switch, n receivers of the RF pump signal are connected in series-parallel to the corresponding amplification units and the received RF pump signal is processed, in which the LF useful signal Ω j is extracted from the RF pump signal ω i by the amplitude and phase (frequency) demodulation method. Next, the LF useful signal Ω j from the outputs of the amplification and processing units of the received HF pump signal is supplied to the corresponding input of the deciding device.
В зависимости от складывающейся обстановки с выхода решающего устройства сигнал управления подается на блок управления работой поворотных устройств, и соответствующие акустические системы ПА поворачиваются на необходимый угол в заданной плоскости. При этом:Depending on the prevailing situation, from the output of the decisive device, the control signal is supplied to the control unit for the operation of the rotary devices, and the corresponding PA speaker systems are rotated by the required angle in the given plane. Wherein:
- обнаружение объекта осуществляется по превышению сигнала над некоторым пороговым уровнем, выставленным заранее;- the object is detected by the excess of the signal over a certain threshold level set in advance;
- определение направления на обнаруженный объект осуществляется по максимальному значению полезного сигнала, с учетом информации о гидролого-акустических характеристиках морской среды в районе плавания ПА и др.;- determination of the direction to the detected object is carried out according to the maximum value of the useful signal, taking into account information about the hydrological and acoustic characteristics of the marine environment in the area of navigation of the PA, etc .;
- определение направления движения обнаруженного объекта по отношению к ПА осуществляется по известному в акустике эффекту Доплера и др.;- the direction of motion of the detected object with respect to the PA is determined by the Doppler effect, known in acoustics, etc .;
- оперативная оценка класса обнаруженного объекта осуществляется по форме спектра принятого ВЧ сигнала накачки на входе блоков усиления и обработки принятого ВЧ сигнала накачки; по ожидаемой дальности обнаружения объекта; по информации, поступающей из блока определения дистанции триангуляционным способом и др.;- an operational assessment of the class of the detected object is carried out according to the spectrum shape of the received RF pump signal at the input of the amplification and processing units of the received RF pump signal; according to the expected detection range of the object; according to information received from the distance determination unit by the triangulation method, etc .;
- идентификация обнаруженных объектов: определение классов, подклассов и самих объектов осуществляется в решающем устройстве методом сравнения с эталонными сигналами; по ожидаемой дальности обнаружения объектов; по информации, поступающей из блока определения дистанции триангуляционным способом и др.;- identification of detected objects: the determination of classes, subclasses and the objects themselves is carried out in a decisive device by the method of comparison with reference signals; according to the expected range of detection of objects; according to information received from the distance determination unit by the triangulation method, etc .;
- определение пространственных координат обнаруженного объекта осуществляется по: направлению на него, ожидаемой дальности его обнаружения в данных гидролого-акустических условиях, соотношению сигнал-помеха на выходе соответствующего блока усиления и обработки ВЧ сигнала накачки, информации от блока определения пространственных координат триангуляционным способом и др.- the spatial coordinates of the detected object are determined by: the direction of it, the expected detection range in the given hydrological-acoustic conditions, the signal-to-noise ratio at the output of the corresponding amplification and processing unit of the RF pump signal, information from the spatial coordinates determination unit by the triangulation method, etc.
При этом в решающее устройство постоянно поступают данные о вновь обнаруженных шумах и сигналах, гидролого-акустических условиях и волнении моря в данном географическом районе и др.At the same time, data on newly discovered noises and signals, hydrological-acoustic conditions and sea waves in a given geographical area, etc., are constantly being sent to the decisive device.
Известен способ обнаружения морских объектов по их первичному гидроакустическому полю, заключающийся в приеме шумов и сигналов в звуковом и ультразвуковом диапазонах частот, их усилении, спектральном анализе с целью выделения наиболее информативных классификационных признаков, сравнении их с эталонным сигналом и принятии решения об обнаружении морских объектов [1, стр.342].There is a method of detecting marine objects by their primary sonar field, which consists in receiving noise and signals in the sound and ultrasonic frequency ranges, amplifying them, spectral analysis in order to highlight the most informative classification features, comparing them with the reference signal and deciding on the detection of marine objects [ 1, p. 344].
К недостаткам данного способа относятся:The disadvantages of this method include:
1. Незначительная дальность действия из-за использования звукового и ультразвукового диапазонов частот.1. Insignificant range due to the use of sound and ultrasonic frequency ranges.
2. Влияние зон «акустической тени», обусловленных особенностями распространения гидроакустических волн звукового и ультразвукового диапазонов частот в неоднородной (содержащей звукорассеивающие слои, а также слои с большим градиентом температуры и др.) морской среде.2. The influence of the zones of “acoustic shadow”, due to the peculiarities of the propagation of hydroacoustic waves of sound and ultrasonic frequency ranges in a heterogeneous (containing sound-scattering layers, as well as layers with a large temperature gradient, etc.) marine environment.
3. Ограниченный угловой сектор наблюдения, обусловленный направленностью антенны в вертикальной плоскости.3. The limited angular sector of observation due to the directivity of the antenna in the vertical plane.
4. Наличие «мертвых» зон, обусловленных несформированностью характеристики направленности (ХН) антенны в ее ближней зоне.4. The presence of "dead" zones due to the lack of formation of the directivity (XI) of the antenna in its near zone.
5. Низкая достоверность идентификации обнаруженных объектов из-за невозможности использования инфразвукового диапазона частот.5. Low reliability of identification of detected objects due to the inability to use the infrasonic frequency range.
6. Невозможность применения для обнаружения воздушных объектов (высокоскоростные суда на воздушных подушках, гидросамолеты и др.).6. The inability to use to detect airborne objects (high-speed hovercraft, seaplanes, etc.).
7. Невозможность применения в условиях подводного аппарата из-за больших размеров антенн др.7. The inability to use in an underwater vehicle due to the large size of the antennas etc.
Известен способ обнаружения морских объектов по их вторичному гидроакустическому полю, заключающийся в формировании и излучении в направлении объекта поиска импульсного сигнала ультразвукового диапазона частот, полировании объекта поиска, приеме отраженного сигнала (эхо-сигнала), сравнении его с эталонным сигналом и принятие решения об обнаружении морского объекта [1, стр.91].There is a method of detecting marine objects by their secondary sonar field, which consists in the formation and radiation in the direction of the search object of the pulse signal of the ultrasonic frequency range, polishing the search object, receiving the reflected signal (echo signal), comparing it with the reference signal and deciding on the detection of the sea object [1, p. 91].
К недостаткам данного способа относятся:The disadvantages of this method include:
1. Малая дальность действия, обусловленная использованием ультразвукового диапазона частот.1. The short range due to the use of the ultrasonic frequency range.
2. Влияние зон «акустической тени», обусловленных особенностями распространения гидроакустических волн ультразвукового диапазонов частот в неоднородной морской среде.2. The influence of the zones of “acoustic shadow”, due to the peculiarities of the propagation of hydroacoustic waves of the ultrasonic frequency ranges in an inhomogeneous marine environment.
3. Ограниченный угловой сектор наблюдения, обусловленный направленностью антенны в вертикальной и горизонтальной плоскости.3. A limited angular sector of observation due to the directivity of the antenna in the vertical and horizontal plane.
4. Наличие «мертвых» зон, обусловленных реверберацией (послезвучанием излученного сигнала).4. The presence of "dead" zones due to reverberation (after sound of the emitted signal).
5. Зависимость от ракруса облучения объекта (минимальная эффективность на встречных курсах).5. Dependence on the racrus of the irradiation of the object (minimum efficiency in oncoming courses).
6. Низкая достоверность идентификации обнаруженных объектов из-за использовании информации, только содержащейся в эхо-сигнале.6. Low reliability of identification of detected objects due to the use of information only contained in the echo signal.
7. Невозможность применения для обнаружения воздушных объектов (высокоскоростные суда на воздушных подушках, гидросамолеты и др.) и др.7. The inability to use to detect airborne objects (high-speed hovercraft, seaplanes, etc.), etc.
Известен способ обнаружения источника НЧ гидроакустических излучений, заключающийся в формировании, усилении и излучении шумового ВЧ сигнала накачки, приеме сигналов комбинационных частот, нахождении функции корреляции между принятым сигналом накачки и задержанным случайным шумовым сигналом, формировании эквивалентной приемной антенной решетки, выделении НЧ полезного сигнала из ВЧ комбинационных частот, его спектральном анализе и сравнении с эталонным сигналом [2].There is a method of detecting a source of low frequency sonar radiation, which consists in generating, amplifying and emitting a noise RF pump signal, receiving Raman signals, finding a correlation function between the received pump signal and the delayed random noise signal, generating an equivalent receiving antenna array, extracting the useful RF signal from the RF Raman frequencies, its spectral analysis and comparison with a reference signal [2].
К недостаткам данного способа относится:The disadvantages of this method include:
1. Ограниченная дальность действия из-за неиспользования инфразвукового диапазона частот, в котором сосредоточена основная энергия шумоизлучений объектов.1. Limited range due to the non-use of the infrasonic frequency range in which the main energy of noise emissions of objects is concentrated.
2. Влияние зон «акустической тени», обусловленных особенностями распространения гидроакустических волн звукового диапазона частот в неоднородной морской среде.2. The influence of the zones of “acoustic shadow”, due to the peculiarities of the propagation of hydroacoustic waves of the sound frequency range in an inhomogeneous marine environment.
3. Сложность в обеспечении сканирования ХН антенны.3. Difficulty in ensuring the scanning of an HN antenna.
4. Низкая достоверность идентификации обнаруженных объектов из-за невозможности использования диапазона частот ниже 33-35 Гц.4. Low reliability of identification of detected objects due to the inability to use the frequency range below 33-35 Hz.
5. Невозможность применения для обнаружения воздушных объектов (высокоскоростные суда на воздушных подушках, гидросамолеты и др.).5. The inability to use to detect airborne objects (high-speed hovercraft, seaplanes, etc.).
6. Сложность применения в условиях подводного аппарата и др.6. The complexity of the application in an underwater vehicle, etc.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому относится способ, выбранный в качестве способа-прототипа, обнаружения, идентификации и определения пространственных координат объектов при всплытии ПА, заключающийся в том, что с помощью n излучателей, расположенных на одинаковом угловом расстоянии на корпусе ПА и ориентированных определенным образом в пространстве, излучается ВЧ сигнал накачки на n частотах водную среду, при этом базовая частота ВЧ сигнала накачки соответствует резонансной частоте ППС, затем этот сигнал, будучи промодулированным по амплитуде НЧ полезным сигналом, принимается с помощью n приемников, расположенных определенным образом на корпусе ПА, при этом направленность по приему формируется за счет волновых размеров каждого из n приемников и соответствующей ему частоты ВЧ сигнала накачки, из него выделяется НЧ полезный сигнал, а определение направления на источник НЧ гидроакустических излучений осуществляется по максимальному значению полезного сигнала путем последовательного подключения к решающему устройству каждого из n приемников [3].Closest to the technical nature of the claimed method relates to the method selected as a prototype method for detecting, identifying and determining the spatial coordinates of objects during the ascent of a PA, which consists in using n emitters located at the same angular distance on the PA body and oriented to a certain way in space, the RF pump signal is emitted at n frequencies in the aqueous medium, while the base frequency of the RF pump signal corresponds to the resonant frequency of the PPP, then this signal, being modulated by the amplitude of the low frequency useful signal, it is received using n receivers located in a certain way on the PA case, while the directionality in reception is formed due to the wave sizes of each of n receivers and the corresponding frequency of the high frequency pump signal, the low frequency useful signal is extracted from it, and determination of the direction to the source of low frequency sonar radiation is carried out by the maximum value of the useful signal by connecting each of the n receivers to the resolver in series [3].
К недостаткам данного способа относятся:The disadvantages of this method include:
1. Ограниченная дальность действия из-за низкой акустической чувствительности.1. Limited range due to low acoustic sensitivity.
2. Недостаточная достоверность идентификации обнаруженных объектов даже по классам: «подводный»-«надводный».2. Insufficient reliability of identification of detected objects even by classes: “underwater” - “surface”.
3. Недостаточная точность при определении пространственных координат обнаруженных объектов (особенно высокоскоростных объектов).3. Insufficient accuracy in determining the spatial coordinates of the detected objects (especially high-speed objects).
4. Невозможность применения для обнаружения воздушных объектов (суда на воздушных подушках, гидросамолеты и др.).4. The inability to use to detect airborne objects (hovercraft, seaplanes, etc.).
5. Невозможность определения параметров морского волнения из-за использования только амплитудной модуляции.5. The inability to determine the parameters of sea waves due to the use of only amplitude modulation.
Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от перечисленных выше недостатков.The problem that is solved by the invention is to develop a method that is free from the above disadvantages.
Технический результат предложенного способа заключается в увеличении дальности действия, повышении достоверности идентификации обнаруженных объектов, повышение точности определения их пространственных координат, возможности применения для воздушных объектов, а также для определения параметров морского волнения.The technical result of the proposed method is to increase the range, increase the reliability of identification of detected objects, improve the accuracy of determining their spatial coordinates, the possibility of application for air objects, as well as to determine the parameters of sea waves.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обнаружения, идентификации и определения пространственных координат объектов при всплытии ПА, заключающемся в формировании, усилении и излучении ВЧ сигнала накачки в водную среду на n частотах с помощью n излучателей, расположенных на одинаковом угловом расстоянии на корпусе ПА и ориентированных определенным образом в пространстве, излучается ВЧ сигнал накачки на n частотах водную среду, при этом базовая частота ВЧ сигнала накачки соответствует резонансной частоте ППС, затем этот сигнал, будучи промодулированным по амплитуде НЧ полезным сигналом, принимается с помощью n приемников, расположенных определенным образом на корпусе ПА, при этом направленность по приему формируется за счет волновых размеров каждого из n приемников и соответствующей ему частоты ВЧ сигнала накачки, из него выделяется НЧ полезный сигнал, а определение направления на источник НЧ гидроакустических излучений осуществляется по максимальному значению полезного сигнала путем последовательного подключения к решающему устройству каждого из n приемников, n излучателей и n приемников располагаются в НОК ПА, дополнительно в КОК ПА на одинаковом угловом расстоянии и ориентированные определенным образом в пространстве располагаются еще n излучателей и n приемников, идентичных тем, которые располагаются в НОК ПА, n излучатели и n приемники, расположенные в одной плоскости в НОК и КОК ПА, механически сканируют в соответствующей плоскости во всем секторе наблюдения, ВЧ сигнал накачки, излучаемый вверх, соответствует резонансной частоте ППС, ВЧ сигнал накачки, излучаемый вниз, соответствует резонансной частоте ДПС, ВЧ сигнал накачки, излучаемый вправо и влево от ПА, соответствует резонансной частоте ГПС, доминирующих на горизонте ПА, ВЧ сигнал накачки дополнительно модулирован по фазе (частоте) НЧ полезным сигналом, каждый из n приемников к решающему устройству дополнительно периодически подключается одновременно, для определения главного направления движения объекта дополнительно используется эффект Доплера, для определения координат объекта дополнительно используется триангуляционный способ.This goal is achieved by the fact that in the known method for detecting, identifying and determining the spatial coordinates of objects during the ascent of PA, which consists in the formation, amplification and emission of the RF pump signal into the aquatic environment at n frequencies using n emitters located at the same angular distance on the PA case and oriented in a certain way in space, the RF pump signal is emitted at n frequencies in the aqueous medium, while the base frequency of the RF pump signal corresponds to the resonant frequency of the PPP, then the signal, being modulated in terms of the amplitude of the LF by a useful signal, is received using n receivers located in a certain way on the PA case, while the directivity in reception is formed due to the wave dimensions of each of n receivers and the corresponding frequency of the RF pump signal, the LF is extracted from it a useful signal, and the direction to the source of low-frequency sonar radiation is determined by the maximum value of the useful signal by connecting each and every device to the solver n receivers, n emitters and n receivers are located in the NOC PA, additionally in the KOC PA at the same angular distance and oriented in a certain way in space there are n more emitters and n receivers identical to those located in the NOC PA, n emitters and n receivers, located in the same plane in the NOC and COC PA, are mechanically scanned in the corresponding plane in the entire observation sector, the RF pump signal emitted upwards corresponds to the resonant frequency of the SPS, the RF pump signal emitted downwards, respectively corresponds to the resonant frequency of the DPS, the RF pump signal emitted to the right and left of the PA corresponds to the resonant frequency of the GPS dominating the horizon of the PA, the RF pump signal is additionally modulated by the phase (frequency) of the LF with a useful signal, each of n receivers is additionally periodically connected to the resolver at the same time, the Doppler effect is additionally used to determine the main direction of movement of the object; the triangulation method is additionally used to determine the coordinates of the object.
Увеличение дальности действия способа достигается за счет повышения акустической чувствительности путем:The increase in the range of the method is achieved by increasing the acoustic sensitivity by:
1. Повышения эффективности преобразования акустической энергии ВЧ волн накачки в акустическую энергию ВЧ волн комбинационных частот путем излучения ВЧ сигнала накачки на резонансных частотах рассеивателей звука, доминирующих в соответствующей области взаимодействия ВЧ волны накачки и НЧ полезного сигнала.1. Improving the conversion efficiency of the acoustic energy of the RF pump waves to the acoustic energy of the Raman frequency waves by emitting the RF pump signal at the resonant frequencies of the sound scatterers, which dominate in the corresponding region of the interaction of the RF pump wave and the low frequency of the useful signal.
2. Путем механического сканирования n излучателей и n приемников, расположенных в одной плоскости в НОК и КОК ПА (т.е. суммирование НЧ полезного сигнала по каждой из характеристик направленности).2. By mechanical scanning of n emitters and n receivers located in the same plane in the NOC and COC PA (ie, summing the low frequency of the useful signal for each of the directivity characteristics).
Повышение достоверности идентификации обнаруженных объектов достигается за счет:Increasing the reliability of identification of detected objects is achieved by:
1. Повышения эффективности преобразования акустической энергии ВЧ волн накачки в акустическую энергию ВЧ волн комбинационных частот.1. Improving the efficiency of converting the acoustic energy of the rf pump waves into the acoustic energy of the rf wave of Raman frequencies.
2. Использования информации, содержащейся в форме спектров ВЧ волн комбинационных частот, а также в форме спектров НЧ полезного сигнала.2. The use of information contained in the form of spectra of high-frequency waves of Raman frequencies, as well as in the form of spectra of low-frequency useful signal.
3. Использование информации только о водных лучах, принятых n приемниками, расположенными слева и справа по борту ПА - для идентификации подводных объектов и т.д.3. The use of information only about water beams received by n receivers located on the left and right side of the PA to identify underwater objects, etc.
4. Использование эффекта Доплера для оперативного распознавания скоростных объектов и т.д.4. Using the Doppler effect for quick recognition of high-speed objects, etc.
5. Использование информации о пространственных координатах, определенных триангуляционным методом и др.5. Use of information on spatial coordinates determined by the triangulation method, etc.
Повышение точности при определении пространственных координат обнаруженных объектов достигается за счет того, что:Improving the accuracy in determining the spatial coordinates of the detected objects is achieved due to the fact that:
1. N излучатели и n приемники расположены в НОК и КОК ПА, что позволяет реализовать триангуляционный метод.1. N emitters and n receivers are located in the NOC and COC PA, which allows the implementation of the triangulation method.
2. N излучатели и n приемники механически сканируют в соответствующей плоскости во всем секторе наблюдения, что повышает точность определения координат высокоскоростных объектов.2. N emitters and n receivers are mechanically scanned in the corresponding plane throughout the observation sector, which increases the accuracy of determining the coordinates of high-speed objects.
3. Повышается разрешающая способность по направлению и точность пеленгования объектов за счет более высокого соотношения сигнал/помеха, которое достигается:3. Increases the resolution in the direction and accuracy of direction finding of objects due to the higher signal / noise ratio, which is achieved:
- повышением эффективности преобразования акустической энергии ВЧ волн накачки в акустическую энергию ВЧ волн комбинационных частот;- increasing the efficiency of conversion of acoustic energy of HF pump waves into the acoustic energy of HF waves of Raman frequencies;
- суммированием НЧ полезного сигнала по каждой из характеристик направленности путем механического сканирования n излучателей и n приемников, расположенных в одной плоскости в НОК и КОК ПА, и др.- summing the low frequency of the useful signal for each of the directivity characteristics by mechanical scanning of n emitters and n receivers located in the same plane in the NOC and KOK PA, etc.
Возможность применения для обнаружения воздушных объектов (суда на воздушных подушках, гидросамолеты и др.) достигается за счет того, что:The possibility of application for the detection of air objects (hovercraft, seaplanes, etc.) is achieved due to the fact that:
1. Повышается акустическая чувствительность.1. Increases acoustic sensitivity.
2. N излучатели и n приемники расположены в самой носовой и самой кормовой оконечностях ПА.2. N emitters and n receivers are located in the fore and aft ends of the PA.
3. N излучатели и n приемники механически сканируют в соответствующей плоскости во всем секторе наблюдения.3. N emitters and n receivers are mechanically scanned in an appropriate plane throughout the observation sector.
Возможность определения параметров морского волнения достигается за счет того, что:The ability to determine the parameters of sea waves is achieved due to the fact that:
1. Дополнительно используется фазовая (частотная) модуляция ВЧ сигнала накачки НЧ полезным сигналом.1. Additionally, phase (frequency) modulation of the HF pump signal of the LF with a useful signal is used.
2. Повышается акустическая чувствительность.2. Increases acoustic sensitivity.
Отличительными от прототипа признаками способа являются:Distinctive features of the prototype features of the method are:
1. N излучатели и n приемники расположены в НОК ПА.1. N emitters and n receivers are located in the NOC PA.
2. В КОК ПА на одинаковом угловом расстоянии и ориентированные определенным образом в пространстве расположены дополнительные n излучатели и n приемники, идентичные тем, которые расположены в НОК ПА.2. In KOK PA at the same angular distance and oriented in a certain way in space there are additional n emitters and n receivers identical to those located in the NOC PA.
3. N излучатели и n приемники, расположенные в одной плоскости в НОК и КОК ПА, механически сканируют в соответствующей плоскости во всем секторе наблюдения.3. N emitters and n receivers located in the same plane in the NOC and COC PA, are mechanically scanned in the corresponding plane in the entire observation sector.
4. ВЧ сигнал накачки, излучаемый вверх, соответствует резонансной частоте ППС, ВЧ сигнал накачки, излучаемый вниз, соответствует резонансной частоте ДПС, ВЧ сигнал накачки, излучаемый вправо и влево от ПА, соответствует резонансной частоте ГПС, доминирующих на горизонте ПА.4. The high-frequency pump signal emitted upwards corresponds to the resonant frequency of the SPS, the high-frequency pump signal emitted downwards corresponds to the resonant frequency of the SPS, the high-frequency pump signal emitted to the right and left of the PA corresponds to the resonant frequency of the GPS dominating the horizon of the PA.
5. ВЧ сигнал накачки дополнительно модулирован по фазе (частоте) НЧ полезным сигналом.5. The HF pump signal is additionally modulated by the phase (frequency) of the LF with a useful signal.
6. Каждый из n приемников к решающему устройству дополнительно периодически подключается одновременно.6. Each of the n receivers to the solver is additionally periodically connected at the same time.
7. Для определения главного направления движения объекта дополнительно используется эффект Доплера.7. To determine the main direction of movement of the object, the Doppler effect is additionally used.
8. Для определения координат объекта дополнительно используется триангуляционный способ.8. To determine the coordinates of the object, an additional triangulation method is used.
Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".The presence of distinctive features from the prototype features allows us to conclude that the proposed method meets the criterion of "novelty."
Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков показал следующее.An analysis of the known technical solutions in order to detect the indicated distinctive features in them showed the following.
Признаки 1-4 и 6 являются новыми. В то же время признаки 1 и 6 используются в прикладной гидроакустике.Symptoms 1-4 and 6 are new. At the same time,
Признаки 5, 7 и 8 являются известными в гидроакустике.
Таким образом, наличие новых существенных признаков, в совокупности с известными, обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений - обнаруживать ВО, НО и ПО на большом расстоянии от ПА, с высокой достоверностью идентифицировать обнаруженные объекты, с высокой точностью определять их пространственные координаты, а также определять параметры морского волнения.Thus, the presence of new significant features, together with the known ones, provides the appearance of the proposed solution with a new property that does not coincide with the properties of the known technical solutions - to detect HE, BUT and software at a large distance from the PA, to identify the detected objects with high reliability, with high accurately determine their spatial coordinates, as well as determine the parameters of sea waves.
В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных в гидроакустике, а именно выполнение операций в предложенной последовательности и приводит к качественно новому эффекту.In this case, we have a new set of features and their new relationship, and it’s not a simple combination of new features and already known in hydroacoustics, but the execution of operations in the proposed sequence leads to a qualitatively new effect.
Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию "существенные отличия".This circumstance allows us to conclude that the developed method meets the criterion of "significant differences".
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, с помощью которой реализуется разработанный способ обнаружения, идентификации и определения пространственных координат ВО, НО и ПО, а также параметров морского волнения при плавании ПА и всплытии его на поверхность моря.Figure 1 presents the functional diagram of the device, with the help of which the developed method for detecting, identifying and determining the spatial coordinates of VO, BO and PO, as well as the parameters of sea waves during navigation of the PA and its ascent to the sea surface, is implemented.
На фиг.2 представлена структурная схема устройства, с помощью которого реализуется разработанный способ. Устройство содержит ПА (1), n излучателей (2-5) ВЧ сигнала накачки и n приемников (6-9) ВЧ сигнала накачки, расположенных на корпусе ПА (1) на одинаковом угловом расстоянии в НОК ПА и ориентированных определенным образом в пространстве (излучатель 2 - в сторону поверхности моря, излучатель 3 - вправо от ПА, излучатель 4 - влево от ПА, излучатель 5 - в направлении дна моря). Излучатель ВЧ сигнала накачки и соответствующий ему приемник ВЧ сигнала накачки объединены в одну акустическую систему: 2-6, 3-7, 4-8 и 5-9.Figure 2 presents the structural diagram of the device with which the developed method is implemented. The device contains a PA (1), n emitters (2-5) of the RF pump signal and n receivers (6-9) of the RF pump signal located on the housing of the PA (1) at the same angular distance in the NOC of the PA and oriented in a certain way in space ( emitter 2 - towards the sea surface, emitter 3 - to the right of the PA, emitter 4 - to the left of the PA, emitter 5 - towards the bottom of the sea). The emitter of the RF pump signal and the corresponding receiver of the RF pump signal are combined into one speaker system: 2-6, 3-7, 4-8 and 5-9.
Устройство содержит n излучателей (10-13) ВЧ сигнала накачки и n приемников (14-17) ВЧ сигнала накачки, расположенных на корпусе ПА (1) на одинаковом угловом расстоянии в КОК ПА и ориентированных определенным образом в пространстве (излучатель 10 - в сторону поверхности моря, излучатель 11 - вправо от ПА, излучатель 12 - влево от ПА, излучатель 13 - в направлении дна моря). Излучатель ВЧ сигнала накачки и соответствующий ему приемник ВЧ сигнала накачки объединены в одну акустическую систему: 10-14, 11-15, 12-16 и 13-17.The device contains n emitters (10-13) of high-frequency pump signal and n receivers (14-17) of high-frequency pump signal located on the PA housing (1) at the same angular distance in the COC of the PA and oriented in a certain way in space (
Каждая акустическая система (2-6, 10-14 и т.д.) расположена на своей технической площадке (18), которая имеет поворотное устройство (19) для механического сканирования акустической системы в соответствующей плоскости во всем секторе наблюдения. При этом каждая техническая площадка (18) обеспечивает экранировку излучателя ВЧ сигнала накачки от приемника ВЧ сигнала накачки, а также всей акустической системы от корпуса ПА.Each speaker system (2-6, 10-14, etc.) is located on its technical site (18), which has a rotary device (19) for mechanically scanning the speaker system in the corresponding plane in the entire observation sector. Moreover, each technical platform (18) provides shielding of the radiator of the RF pump signal from the receiver of the RF pump signal, as well as the entire speaker system from the PA housing.
Вход каждого из n излучателей (2-5) акустических систем НОК подключен к выходу соответствующего блока (20-23) формирования и усиления излучаемого ВЧ сигнала накачки (2 к 20, 3 к 21 и т.д.), а выход каждого из n приемников (6-9) подключен к входу соответствующего блока (24-27) усиления и обработки принятого ВЧ сигнала накачки (6 к 24, 7 к 25 и т.д.). А вход каждого из n излучателей (10-13) акустических систем КОК подключен к выходу соответствующего блока (28-31) формирования и усиления излучаемого ВЧ сигнала накачки (10 к 28, 11 к 29 и т.д.), а выход каждого из n приемников (14-17) подключен к входу соответствующего блока (32-35) усиления и обработки принятого ВЧ сигнала накачки (14 к 32, 15 к 33 и т.д.).The input of each of the n emitters (2-5) of the NOC speaker systems is connected to the output of the corresponding unit (20-23) for generating and amplifying the emitted RF pump signal (2 to 20, 3 to 21, etc.), and the output of each of n receivers (6-9) is connected to the input of the corresponding unit (24-27) for amplification and processing of the received RF pump signal (6 to 24, 7 to 25, etc.). And the input of each of the n emitters (10-13) of the KOK speaker systems is connected to the output of the corresponding block (28-31) of the formation and amplification of the emitted RF pump signal (10 to 28, 11 to 29, etc.), and the output of each of n receivers (14-17) are connected to the input of the corresponding block (32-35) of amplification and processing of the received RF pump signal (14 to 32, 15 to 33, etc.).
Устройство содержит коммутатор (36) последовательно-параллельного подключения блоков усиления и обработки принятого ВЧ сигнала накачки (6-9, 14-17), блок (37) управления работой поворотных устройств (19), блок (38) хранения эталонных сигналов ВО, НО и ПО, блок (39) хранения гидролого-акустических характеристик морской среды в районе плавания ПА, блок (40) определения пространственных координат ВО, НО и ПО триангуляционным способом, а также решающее устройство (41).The device comprises a switch (36) in series-parallel connection of amplification and processing units for the received RF pump signal (6-9, 14-17), a unit (37) for controlling the operation of rotary devices (19), a unit (38) for storing reference signals BO, BUT and software, block (39) for storing the hydrological and acoustic characteristics of the marine environment in the navigation area of PA, block (40) for determining the spatial coordinates of VO, BO, and PO in a triangulation manner, as well as a solver (41).
На фиг.3, для примера, представлена функциональная схема устройства, с помощью которого реализуется разработанный способ при обнаружении ВО (фиг.3а) и при определении параметров морского волнения (фиг.3б).Figure 3, for example, presents a functional diagram of a device with which the developed method is implemented when detecting VO (figa) and when determining the parameters of sea waves (fig.3b).
Устройство функционирует следующим образом (фиг.1-фиг.3).The device operates as follows (Fig.1-Fig.3).
ПА (1) совершает плавание в море с ППС, наличие которого обусловлено перемешиванием верхнего слоя воды под воздействием ветрового волнения, ГПС, наличие которого обусловлено жизнедеятельностью морских биологических объектов, а также ДПС, наличие которого обусловлено физическими процессами в земной коре и жизнедеятельностью морских биологических объектов на дне моря.PA (1) makes a voyage at sea with PPS, the presence of which is due to mixing of the upper water layer under the influence of wind waves, GPS, the presence of which is due to the vital activity of marine biological objects, and DPS, the presence of which is due to physical processes in the earth's crust and the vital activity of marine biological objects at the bottom of the sea.
В районе плавания встречаются ВО, НО и ПО. Однако, для примера, наибольшую опасность для безопасности всплытия ПА (1) представляют ВО (например, быстроходные суда на воздушной подушке). В этом случае, перед всплытием ПА на поверхность моря, акустические системы НОК и КОК ПА с помощью (19) ориентированы в пространстве таким образом, чтобы по направлениям «справа», «слева» и «вниз» обеспечивалась максимальная акустическая чувствительность: ХН соответствующих акустических систем НОК и КОК ПА полностью перекрывались в заданной плоскости, а по направлению «верх» обеспечивалась максимальная площадь поиска ВО ХН соответствующих акустических систем были максимально разведены в противоположные стороны.In the navigation area, there are VO, BUT and PO. However, for example, the greatest danger to the safety of the ascent of PA (1) is represented by VO (for example, high-speed hovercraft). In this case, before the PA ascends to the sea surface, the LOK and KOK PA acoustic systems using (19) are oriented in space in such a way that the maximum acoustic sensitivity is ensured in the directions “right”, “left”, and “down”: The NOC and KOK PA systems completely overlapped in a given plane, and in the direction of “top”, the maximum search area IN VH of corresponding acoustic systems was maximally divorced in opposite directions.
В блоках (20-23), а также (28-31) производится формирование и усиление до необходимого уровня ВЧ сигналов накачки на частотах: ω1 (блоки 20 и 28), соответствующей резонансной частоте ППС; ω2 (блоки 21 и 29), соответствующей резонансной частоте ГПС; ω3=2ω2 (блоки 22 и 30), соответствующей второй гармонике резонансной частоты ГПС, и ω4 (блоки 23 и 31), соответствующей резонансной частоте ДПС, а с помощью соответствующих излучателей (2-5 и 10-14) ВЧ сигнала накачки, расположенных на корпусе ПА (1) на одинаковом угловом расстоянии в НОК и КОК соответственно, а также ориентированных определенным образом в пространстве (излучатели 2 и 10 - в сторону поверхности моря, излучатели 3 и 11 - вправо от ПА, излучатели 4 и 12 - влево от ПА, излучатели 5 и 13 - в направлении дна моря) их направленное излучение в неоднородную морскую среду.In blocks (20-23), as well as (28-31), formation and amplification to the required level of RF pump signals at frequencies: ω 1 (blocks 20 and 28) corresponding to the resonant frequency of the PPP; ω 2 (blocks 21 and 29) corresponding to the resonant frequency of the GPS; ω 3 = 2ω 2 (blocks 22 and 30), corresponding to the second harmonic of the resonant frequency of the GPS, and ω 4 (blocks 23 and 31), corresponding to the resonant frequency of the DPS, and using the corresponding emitters (2-5 and 10-14) of the RF signal pump located on the PA housing (1) at the same angular distance in the NOC and KOC, respectively, and also oriented in a certain way in space (
Рассеиваясь на неоднородностях морской среды (ППС, ГПС и ДПС), ВЧ сигнал накачки на частотах ω1, ω2, ω3 и ω4 модулируется по амплитуде и фазе (частоте) соответствующим НЧ полезным сигналом: Ωво - при наличии ВО, Ωно - при наличии НО, Ωпо - при наличии ПО и Ωвм - при наличии волнения моря. При этом образуются различные комбинационные частоты ωi± Ωj.Scattering on inhomogeneities of the marine environment (PPS, GPS and DPS), the HF pump signal at frequencies ω 1 , ω 2 , ω 3 and ω 4 is modulated in amplitude and phase (frequency) by the corresponding LF useful signal: Ω in - in the presence of VO, Ω but - in the presence of BUT, Ω in - in the presence of software and Ω VM - in the presence of sea waves. In this case, various combination frequencies ω i ± Ω j are formed .
Например, для ω1 (при наличии ВО, НО, ПО сверху ПА и волнения моря): ω1± Ωво, ω1± Ωно, ω1± Ωпо и ω1± Ωвм.For example, for ω 1 (in the presence of VO, BUT, VE from above PA and sea waves): ω 1 ± Ω in , ω 1 ± Ω but , ω 1 ± Ω in and ω 1 ± Ω in .
С помощью n приемников (6-9 и 14-17) ВЧ сигнала накачки, расположенных на корпусе ПА (1) на одинаковом угловом расстоянии в НОК и КОК соответственно, а также ориентированных определенным образом в пространстве (приемники 6 и 14 - в сторону поверхности моря, приемники 7 и 15 - вправо от ПА, приемники 8 и 16 - влево от ПА, приемники 9 и 17 - в направлении дна моря), осуществляется направленный прием ВЧ сигнала накачки, рассеянного от различных (ППС, ГПС и ДПС) неоднородностей морской среды. При наличии ВО, НО, ПО и волнения моря ВЧ сигнал накачки модулируется по амплитуде и фазе (частоте) соответствующим НЧ полезным сигналом. Например, для ω1 (ПО сверху ПА): ω1± Ωво, ω1± Ωно, ω1± Ωпо и ω1± Ωвм.Using n receivers (6-9 and 14-17) of the RF pump signal located on the PA housing (1) at the same angular distance in the NOC and the COC, respectively, and also oriented in a certain way in space (receivers 6 and 14 - towards the surface seas,
С помощью коммутатора (36) осуществляется последовательно-параллельное подключение n приемников (6-9 и 14-17) ВЧ сигнала накачки к соответствующим блокам (24-27 и 32-35) усиления и обработки принятого ВЧ сигнала накачки, в которых осуществляется выделение НЧ полезного сигнала Ωj из ВЧ сигнала накачки ωi методом амплитудной и фазовой (частотной) демодуляции. Далее НЧ полезный сигнал Ωj с выходов блоков (24-27 и 32-35) усиления и обработки принятого ВЧ сигнала накачки поступает на соответствующий вход решающего устройства (41).Using the switch (36), n receivers (6-9 and 14-17) of the RF pump signal are connected in series and parallel to the corresponding amplification units (24-27 and 32-35) of the amplification and processing of the received RF pump signal, in which the LF is extracted useful signal Ω j from the RF pump signal ω i by the method of amplitude and phase (frequency) demodulation. Next, the low-frequency useful signal Ω j from the outputs of the amplification and processing units (24-27 and 32-35) of the received high-frequency pump signal is supplied to the corresponding input of the resolving device (41).
В зависимости от складывающейся обстановки (например, для слежения за быстро перемещающимся ВО и т.д.) с выхода решающего устройства сигнал управления подается на блок (37) управления работой поворотных устройств (19), и соответствующие акустические системы поворачиваются на необходимый угол в заданной плоскости. При этом:Depending on the prevailing situation (for example, for tracking fast moving VOs, etc.) from the output of the deciding device, the control signal is supplied to the control unit (37) for the operation of the rotary devices (19), and the corresponding speakers are rotated by the required angle in the given the plane. Wherein:
- обнаружение объекта (ВО, НО и ПО) осуществляется по превышению сигнала над некоторым пороговым уровнем, выставленным заранее;- object detection (VO, BUT and ON) is carried out by excess of a signal over some threshold level set in advance;
- определение направления на обнаруженный объект (ВО, НО и ПО) осуществляется по максимальному значению полезного сигнала, с учетом информации о гидролого-акустических характеристик морской среды в районе плавания ПА, находящейся в блоке (39), и др.;- determination of the direction to the detected object (VO, BUT and ON) is carried out by the maximum value of the useful signal, taking into account information on the hydrological and acoustic characteristics of the marine environment in the navigation area of the PA, located in block (39), etc .;
- определение направления движения обнаруженного объекта (ВО, НО и ПО) по отношению к ПА (сближение, удаление, движение на постоянной дистанции и т.д.) осуществляется по известному в акустике эффекту Доплера др.;- determination of the direction of motion of the detected object (VO, BUT and ON) in relation to the PA (approaching, moving away, moving at a constant distance, etc.) is carried out according to the Doppler effect, known in acoustics, etc .;
- оперативная оценка класса обнаруженного объекта (ВО, НО и ПО) осуществляется по форме спектра принятого ВЧ сигнала накачки (ВО - «треугольник» с вершиной вверх от ВЧ сигнала, НО - «полочка» в области ВЧ сигнала, ПО - «треугольник» с прилегающей стороной к ВЧ сигналу) на входе блоков (24-27 и 32-35) усиления и обработки принятого ВЧ сигнала накачки; по ожидаемой дальности обнаружения объекта; по информации, поступающей из блока (40) определения дистанции триангуляционным способом и др.;- an operative assessment of the class of the detected object (VO, BUT, and ON) is carried out according to the shape of the spectrum of the received RF pump signal (VO - “triangle” with a vertex upward from the RF signal, BUT - “shelf” in the region of the RF signal, software - “triangle” with adjacent to the RF signal) at the input of the blocks (24-27 and 32-35) of amplification and processing of the received RF pump signal; according to the expected detection range of the object; according to the information received from the block (40) for determining the distance by the triangulation method, etc .;
- идентификация обнаруженных объектов: определение классов (ВО, НО и ПО), подклассов (ВО: гидросамолет, судно на воздушной подушке и т.д.) и самих объектов (с конкретным бортовым номером) осуществляется в решающем устройстве (41) методом сравнения с эталонными сигналами, хранящимися в блоке (38) хранения эталонных сигналов ВО, НО и ПО; по ожидаемой дальности обнаружения объектов; по информации, поступающей из блока (40) определения дистанции триангуляционным способом и др.;- identification of detected objects: determination of classes (IN, BUT and ON), subclasses (IN: seaplane, hovercraft, etc.) and the objects themselves (with a specific tail number) is carried out in a solving device (41) by comparison with the reference signals stored in the storage unit (38) of the reference signals BO, BUT and ON; according to the expected range of detection of objects; according to the information received from the block (40) for determining the distance by the triangulation method, etc .;
- определение пространственных координат обнаруженного объекта (ВО, НО и ПО) осуществляется по: направлению на него, ожидаемой дальности его обнаружения в данных гидролого-акустических условиях, соотношению сигнал-помеха на выходе соответствующего блока усиления и обработки ВЧ сигнала накачки, информации от блока (40) определения пространственных координат ВО, НО и ПО триангуляционным способом и др.- determination of the spatial coordinates of the detected object (VO, BUT and ON) is carried out by: the direction to it, the expected range of its detection in the given hydrological-acoustic conditions, the signal-to-noise ratio at the output of the corresponding amplification and processing unit of the RF pump signal, information from the block ( 40) determining the spatial coordinates of VO, BUT and PO in a triangulation manner, etc.
При этом в решающее устройство (41) постоянно поступают данные о вновь обнаруженных сигналах ВО, НО и ПО, гидролого-акустических условиях и волнении моря в данном географическом районе и др. (т.е. решающее устройство является адаптивной системой - приспосабливается к изменяющимся внешним условиям, а при принятии решения учитывает текущие параметры окружающей среды, а также самообучающей системой - постоянно совершенствует алгоритм принятия решения).At the same time, data on newly detected VO, BUT, and PO signals, hydrological-acoustic conditions, and sea waves in a given geographic area, etc., constantly arrives at the solving device (41) (i.e., the solving device is an adaptive system - it adapts to changing external conditions, and when making a decision takes into account the current environmental parameters, as well as a self-learning system - constantly improves the decision-making algorithm).
На фиг.4 представлены типовые спектрограммы сигналов от ПО (фиг.4а), НО (фиг.4в) и ВО (фиг.4д), которые регистрируются на выходе блока усиления и обработки ВЧ сигналов накачки. Как видно из фиг.4, формы спектров сигналов от ПО, НО и ВО даже визуально существенно отличаются друг от друга. При этом в спектре сигнала от ПО преобладают НЧ составляющие (форма сигнала «Треугольник с тупым углом»), в спектре сигнала от НО НЧ и ВЧ составляющие распределены приблизительно одинаково (форма сигнала «Прямоугольник»), а в спектре сигнала от ВО преобладают ВЧ составляющие (форма сигнала «Треугольник с острым углом»).Figure 4 presents typical spectrograms of signals from software (Fig.4a), BUT (Fig.4c) and VO (Fig.4d), which are recorded at the output of the amplification and processing unit of the RF pump signals. As can be seen from figure 4, the shapes of the spectra of signals from ON, BUT and IN even visually significantly differ from each other. In this case, the LF components dominate in the spectrum of the signal from the software (the “Triangle with obtuse angle” waveform), the LF and HF components in the signal spectrum from the LF are approximately equally distributed (the Rectangle waveform), and the HF components prevail in the signal spectrum from the VO (waveform "Triangle with an acute angle").
На фиг.4 также представлены типовые спектрограммы сигналов от ПО (фиг.4б), НО (фиг.4г) и ВО (фиг.4е), которые регистрируются уже на входе блока усиления и обработки ВЧ сигналов накачки. Как видно из фиг.4, форма спектров сигналов от ПО, НО и ВО даже без всякой обработки ВЧ сигнала накачки также существенно отличаются друг от друга. При этом в спектре ВЧ сигнала накачки при наличии ПО преобладают модуляционные составляющие близкие по частоте к ВЧ сигналу накачки (форма сигнала «Треугольник, в вершине которого ВЧ сигнал накачки»), при наличии НО модуляционные составляющие сосредоточены в более широком спектре частот (форма сигнала «Прямоугольник, в центре которого ВЧ сигнал накачки»), а при наличии ВО преобладают модуляционные составляющие, существенно отличающиеся по частоте от ВЧ сигнала накачки (форма сигнала «Треугольники, в основании которых ВЧ сигнал накачки»).Figure 4 also presents typical spectrograms of signals from software (fig.4b), BUT (fig.4g) and IN (fig.4e), which are recorded already at the input of the amplification and processing unit of the RF pump signals. As can be seen from figure 4, the shape of the spectra of signals from ON, BUT and IN even without any processing of the RF pump signal also differ significantly from each other. In this case, in the presence of SW, the spectrum of the RF pump signal is dominated by modulation components close in frequency to the RF pump signal (the “Triangle at the apex of which the RF pump signal” waveform), in the presence of BUT, the modulation components are concentrated in a wider frequency spectrum (signal form “ A rectangle in the center of which there is an RF pump signal ”), and in the presence of a VO, modulation components prevail that differ significantly in frequency from the RF pump signal (the waveform is“ Triangles at the base of which the RF pump signal ”) .
На фиг.5, для примера, представлены реальные спектрограммы ВЧ сигнала накачки (ω1=33 кГц, зарегистрированные на входе блока усиления и обработки ВЧ сигнала накачки при отсутствии ВО, НО и ПО (фиг.5а), а также при наличии ПО (фиг.5б) и при наличии ВО (фиг.5в).Figure 5, for example, presents real spectrograms of the RF pump signal (ω 1 = 33 kHz, recorded at the input of the amplification and processing unit of the RF pump signal in the absence of VO, BUT and software (Fig. 5a), as well as in the presence of software ( figb) and in the presence of IN (figv).
На фиг.6 представлены спектрограммы сигналов от ПО, зарегистрированные на выходе блока усиления и обработки ВЧ сигнала накачки и иллюстрирующие сигналы вально-лопастного звукоряда ПО (фиг.6а) и его некоторых механизмов (фиг.6б). Как видно из фиг.6а, при реализации разработанного способа удается регистрировать сигналы в диапазоне частот от долей Гц (в частности, 0,45 Гц на фиг.6а), в то время как у ближайшего аналога только выше 33-35 Гц [3].Figure 6 presents the spectrograms of signals from the software recorded at the output of the amplification and processing unit of the RF pump signal and illustrating the signals of the shaft-blade scale software (Fig.6a) and some of its mechanisms (Fig.6b). As can be seen from figa, when implementing the developed method, it is possible to register signals in the frequency range from fractions of Hz (in particular, 0.45 Hz in figa), while the closest analogue only above 33-35 Hz [3] .
На фиг.7 иллюстрируется внешний вид некоторых блоков, реализующих разработанный способ.Figure 7 illustrates the appearance of some blocks that implement the developed method.
При проведении морских испытаний [4] использовалась параметрическая приемная антенная решетка (ППАР), состоящая из восьми пар ВЧ гидроакустических преобразователей (ВЧ излучателей и ВЧ приемников) от станции МГ-7, имеющих в своей амплитудно-частотной характеристике несколько резонансов в диапазоне частот от 16,5 кГц до 198 кГц.When conducting marine tests [4], a parametric receiving antenna array (SSAR) was used, consisting of eight pairs of high-frequency sonar transducers (high-frequency emitters and high-frequency receivers) from the MG-7 station, which in their amplitude-frequency characteristic have several resonances in the frequency range from 16 5 kHz to 198 kHz.
Увеличение дальности действия, по сравнению со способом-прототипом, достигнуто за счет повышения акустической чувствительности путем:The increase in range, compared with the prototype method, is achieved by increasing the acoustic sensitivity by:
1. Повышения эффективности преобразования акустической энергии ВЧ волн накачки в акустическую энергию ВЧ волн комбинационных частот путем излучения ВЧ сигнала накачки на резонансных частотах рассеивателей звука, доминирующих в соответствующей области взаимодействия ВЧ волны накачки и НЧ полезного сигнала (ППС, ГПС и ДПС).1. Improving the efficiency of converting the acoustic energy of high-frequency pump waves into the acoustic energy of high-frequency waves of Raman frequencies by emitting a high-frequency pump signal at the resonant frequencies of sound scatterers that dominate the corresponding interaction region of the high-frequency pump wave and the low-frequency signal (PPS, GPS and DPS).
2. Механического сканирования n излучателей и n приемников, расположенных в одной плоскости в НОК и КОК ППАР (т.е. суммирование НЧ полезного сигнала по каждой из ХН).2. A mechanical scan of n emitters and n receivers located in the same plane in the NOC and the COC PPAR (ie, the summation of the LF of the useful signal for each of the CNs).
Повышение достоверности идентификации обнаруженных объектов достигнуто за счет:Improving the reliability of identification of detected objects is achieved by:
1. Повышения эффективности преобразования акустической энергии ВЧ волн накачки в акустическую энергию ВЧ волн комбинационных частот.1. Improving the efficiency of converting the acoustic energy of the rf pump waves into the acoustic energy of the rf wave of Raman frequencies.
2. Использования информации, содержащейся в форме спектров ВЧ волн комбинационных частот, а также в форме спектров НЧ полезного сигнала.2. The use of information contained in the form of spectra of high-frequency waves of Raman frequencies, as well as in the form of spectra of low-frequency useful signal.
3. Использование информации о НЧ сигнале, принятого только по водным лучам (траекториям распространения акустической энергии, не касающимся дна и поверхности моря), принятым n приемниками, расположенными слева и справа по борту ППАР - для оперативной идентификации ПО и т.д.3. The use of information about the LF signal received only by water rays (acoustic energy propagation paths that do not touch the bottom and surface of the sea), received by n receivers located on the left and right sides of the RPAR - for operational identification of software, etc.
4. Использование эффекта Доплера (изменения частоты сигнала в зависимости от взаимных направлениях и скоростях движения объектов) для оперативного распознавания скоростных объектов, приближения опасного (в навигационном отношении) объекта и т.д.4. Using the Doppler effect (changing the frequency of the signal depending on the mutual directions and speeds of the objects) for the rapid recognition of high-speed objects, the approximation of a dangerous (in terms of navigation) object, etc.
5. Использование информации о пространственных координатах обнаруженного объекта, определенных триангуляционным методом и др.5. Use of information about the spatial coordinates of the detected object, determined by the triangulation method, etc.
Повышение точности при определении пространственных координат обнаруженных объектов достигнуто за счет того, что:Improving the accuracy in determining the spatial coordinates of the detected objects is achieved due to the fact that:
1. N излучатели и n приемники были расположены в НОК и КОК ППАР, что позволило реализовать триангуляционный метод определения координат.1. N emitters and n receivers were located in the NOC and KOK PPAR, which allowed us to implement the triangulation method for determining the coordinates.
2. N излучатели и n приемники механически сканировали в соответствующей плоскости во всем секторе наблюдения, что повысило точность определения координат высокоскоростных объектов.2. N emitters and n receivers were mechanically scanned in the corresponding plane throughout the observation sector, which increased the accuracy of determining the coordinates of high-speed objects.
3. Были повышены разрешающая способность по направлению и точность пеленгования объектов за счет более высокого соотношения сигнал/помеха, которое было достигнуто путем:3. The directional resolution and direction finding accuracy of objects were increased due to the higher signal / noise ratio, which was achieved by:
- повышения эффективности преобразования акустической энергии ВЧ волн накачки в акустическую энергию ВЧ волн комбинационных частот;- increase the efficiency of conversion of acoustic energy of HF pump waves into the acoustic energy of HF waves of Raman frequencies;
- суммирования НЧ полезного сигнала по каждой из ХН путем механического сканирования n излучателей и n приемников, расположенных в одной плоскости в НОК и КОК ППАР и др.- summing the LF of the useful signal for each of the CNs by mechanical scanning of n emitters and n receivers located in the same plane in the NOC and KOK PPAR, etc.
Возможность применения для обнаружения воздушных объектов (суда на воздушных подушках, гидросамолеты и др.) достигнута за счет того, что:The possibility of application for the detection of air objects (hovercraft, seaplanes, etc.) is achieved due to the fact that:
1. Была повышена акустическая чувствительность.1. Acoustic sensitivity has been increased.
2. N излучатели и n приемники были расположены в НОК и КОК ППАР.2. N emitters and n receivers were located in the NOC and KOK PPAR.
3. N излучатели и n приемники механически сканировали в соответствующей плоскости во всем секторе наблюдения.3. N emitters and n receivers were mechanically scanned in the corresponding plane throughout the observation sector.
Возможность определения параметров морского волнения достигнута за счет того, что:The ability to determine the parameters of sea waves is achieved due to the fact that:
1. Дополнительно использовалась фазовая (частотная) модуляция ВЧ сигнала накачки НЧ полезным сигналом.1. In addition, phase (frequency) modulation of the HF signal of the LF pumping signal by a useful signal was used.
2. Была повышена акустическая чувствительность.2. Acoustic sensitivity has been increased.
ЛитератураLiterature
1. Роберт Дж. Урик. Основы гидроакустики. - Л.: Судостроение, 1978, 445 с.1. Robert J. Urik. Basics of sonar. - L .: Shipbuilding, 1978, 445 p.
2. Патент США №3882444, кл. G01S 9/66, 1975.2. US Patent No. 3882444, cl.
3. Бахарев С.А. Патент РФ №2215304 по заявке №2002102298 от 25.01.02 г.3. Bakharev S.A. RF patent No. 2215304 by application No. 2002102298 of 01.25.02.
4. Бахарев С.А. и др. Исследования влияния гидрофизических параметров морской среды на акустическое поле в морской шельфовой зоне. Отчет о НИР «Акватория». - Минрыбхоз. - Владивосток. - Дальрыбвтуз, 1998, 167 с.4. Bakharev S.A. et al. Studies of the influence of hydrophysical parameters of the marine environment on the acoustic field in the marine shelf zone. Report on scientific research "Water area". - The Ministry of Fisheries. - Vladivostok. - Dalrybvtuz, 1998, 167 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005140955/28A RU2308052C1 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Method for detection, identification and determination of space coordinates of objects at surfacing of underwater vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005140955/28A RU2308052C1 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Method for detection, identification and determination of space coordinates of objects at surfacing of underwater vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2308052C1 true RU2308052C1 (en) | 2007-10-10 |
Family
ID=38953016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005140955/28A RU2308052C1 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Method for detection, identification and determination of space coordinates of objects at surfacing of underwater vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2308052C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529441C1 (en) * | 2013-06-03 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of processing sonar information |
| RU2559701C2 (en) * | 2013-08-12 | 2015-08-10 | Алексей Анатольевич Лютиков | Method and system for detection of underwater objects at their penetration to guarded zone |
| RU2781165C1 (en) * | 2021-07-12 | 2022-10-06 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Method for interaction of an underwater vehicle with a support watercraft |
-
2005
- 2005-12-28 RU RU2005140955/28A patent/RU2308052C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529441C1 (en) * | 2013-06-03 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of processing sonar information |
| RU2559701C2 (en) * | 2013-08-12 | 2015-08-10 | Алексей Анатольевич Лютиков | Method and system for detection of underwater objects at their penetration to guarded zone |
| RU2781165C1 (en) * | 2021-07-12 | 2022-10-06 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Method for interaction of an underwater vehicle with a support watercraft |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230266463A1 (en) | Sonar data compression | |
| CN112684482B (en) | Underwater target detection system and method based on ocean unmanned platform | |
| RU2681271C1 (en) | Device for searching for mines and mines on the basis of the radar parametric method | |
| RU86321U1 (en) | MULTI-FREQUENCY NAVIGATION SYSTEM | |
| RU2308052C1 (en) | Method for detection, identification and determination of space coordinates of objects at surfacing of underwater vehicle | |
| RU2342681C2 (en) | Method for provision of seafaring of vessels with high draught and displacement | |
| RU75062U1 (en) | DOPPLER LOCATION SYSTEM | |
| RU83140U1 (en) | PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR | |
| Fredianelli et al. | Acoustic source localization in ports with different beamforming algorithms | |
| RU75060U1 (en) | ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION | |
| RU2256196C2 (en) | Method for hydroacoustic detection of swimmers and biological sea beings and their extrusion from water intake structure | |
| JP2009162498A (en) | Survey/classification method and device for object under water bottom | |
| RU20389U1 (en) | HYDROLOCATOR FOR DETECTION AND CLASSIFICATION OF LATER AND UNDERWATER TARGETS FOR LATER VEHICLES | |
| RU2215304C2 (en) | Procedure of detection of sea objects with surfacing of submersible vehicle | |
| JP5200987B2 (en) | Method and apparatus for exploring and classifying objects under water | |
| RU2592741C1 (en) | Hydroacoustic station for detection and location of gas leaks | |
| Pailhas et al. | Dolphin-inspired sonar system and its performance | |
| RU2342680C2 (en) | Method for early detection and frightening of whales from speed passenger vessel | |
| RU2522168C2 (en) | Device for receipt of on-line data on underwater situation in global ocean | |
| RU2464205C1 (en) | Method of seadrome preparation for boatplane takeoff and surfacing | |
| RU143839U1 (en) | INTEGRATED HYDROACOUSTIC SYSTEM FOR SEARCHING HYDROBIONTS | |
| Zhao et al. | Automatic object detection for AUV navigation using imaging sonar within confined environments | |
| WO2019132726A1 (en) | Multiple frequency side-scan sonar | |
| RU2247409C1 (en) | Method for high-directivity radiation and reception of broadband hydroacoustic signals | |
| RU2755001C1 (en) | Underwater system for seismic exploration at sea |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091229 |