RU2368919C1 - Method of identifying targets from sonar signals - Google Patents
Method of identifying targets from sonar signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2368919C1 RU2368919C1 RU2008108709/28A RU2008108709A RU2368919C1 RU 2368919 C1 RU2368919 C1 RU 2368919C1 RU 2008108709/28 A RU2008108709/28 A RU 2008108709/28A RU 2008108709 A RU2008108709 A RU 2008108709A RU 2368919 C1 RU2368919 C1 RU 2368919C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- reflected
- target
- signal
- pulses
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидролокации и может быть применено для идентификации реальных объектов сложной геометрической формы (например морских подводных объектов или участков дна).The invention relates to sonar and can be used to identify real objects of complex geometric shapes (for example, marine underwater objects or sections of the bottom).
Известны способы идентификации (или классификации) по гидролокационным и радиолокационным сигналам (см. патенты РФ № 2176401, № 2161319, № 2000892, МКИ G01S 9/66, патент США № 3523292, MKИ G01S 9/02, НКИ 346-5 и др.).Known methods of identification (or classification) by sonar and radar signals (see RF patents No. 2176401, No. 2161319, No. 2000892, MKI G01S 9/66, US patent No. 3523292, MKI G01S 9/02, NCI 346-5, etc. )
В известных способах используется излучение узкополосных и широкополосных зондирующих импульсов. Анализируются спектры и корреляционные характеристики отраженных сигналов. Идентификация выполняется с использованием эталонных частотных и временных характеристик отраженных сигналов.Known methods use radiation from narrowband and broadband probe pulses. The spectra and correlation characteristics of the reflected signals are analyzed. Identification is performed using reference frequency and time characteristics of the reflected signals.
Реализация метода распознавания тел на основе взаимного расположения резонансных максимумов {fj} в спектре эхо-сигнала представлена в патенте США № 3716823. В этом изобретении низкочастотный резонансный максимум fp характеризует габаритный размер распознаваемого тела, а высокочастотные резонансы - толщины оболочек (или, возможно, резонансные свойства отдельных конструктивных элементов тела).The implementation of the body recognition method based on the relative position of the resonance maxima {f j } in the spectrum of the echo signal is presented in US patent No. 3716823. In this invention, the low-frequency resonance maximum f p characterizes the overall size of the recognized body, and high-frequency resonances the thickness of the shells (or, possibly resonant properties of individual structural elements of the body).
Длинные зондирующие импульсы с тональным заполнением на частотах fl, f2, …, fn формируются с помощью генераторов и поступают на усилитель мощности. В усилителе мощности сигналы с генераторов усиливаются и через переключатель приемо-передачи поступают на гидроакустическую антенну.Long probing pulses with tonal filling at frequencies f l , f 2 , ..., f n are generated using generators and fed to a power amplifier. In the power amplifier, the signals from the generators are amplified and fed through the receive-receive switch to the hydroacoustic antenna.
Антенна должна быть широкополосной, чтобы обеспечить излучение и прием сигналов в полосе частот от f1 до fn. Частота fn может превышать частоту f1 в десятки раз и более. Использовать одну гидроакустическую антенну для излучения этих сигналов достаточно сложно (например, возможно применять многоэлементную антенну, состоящую из нескольких пьезоэлектрических преобразователей с разными резонансными частотами). В качестве такой антенны могут быть использованы параметрические излучатели. По-видимому, в настоящем изобретении предполагается использовать гидроакустическую антенну, состоящую из набора пьезоэлектрических преобразователей с разными резонансными частотами.The antenna must be broadband to provide radiation and reception of signals in the frequency band from f 1 to f n . The frequency f n may exceed the frequency f 1 tens of times or more. It is quite difficult to use one hydroacoustic antenna to emit these signals (for example, it is possible to use a multi-element antenna consisting of several piezoelectric transducers with different resonant frequencies). As such an antenna, parametric radiators can be used. Apparently, in the present invention, it is proposed to use a hydroacoustic antenna consisting of a set of piezoelectric transducers with different resonant frequencies.
Отраженный сигнал (или несколько сигналов на разных частотах) от распознаваемого тела поступает на приемник, в котором выполняется усиление сигналов в широкой полосе частот. С выхода приемника исследуемый эхо-сигнал поступает на полосовые фильтры, настроенные на выделение отдельных частотных составляющих f1, f2, - , fn. Полосы частот фильтров согласуются с шириной полосы излучаемых сигналов. Если распознаваемое тело (объект) и (или) судно, на котором находится устройство, движутся, то в фильтрах должно быть учтено доплеровское смещение частоты эхо-сигнала (в описываемом устройстве это не предусматривается, по-видимому, судно и распознаваемое тело считаются неподвижными или малоподвижными). Сигналы с выходов фильтров поступают в компьютер. В компьютере вычисляются отношения амплитуд выходных сигналов kS1, kS2, …, kSn фильтров, исключая зависимость их от коэффициента передачи гидроакустического канала k. Вычисленные соотношения амплитуд kS1, kS2, …, kSn сопоставляются с их эталонными значениями для разных тел, поступающими в компьютер из запоминающего устройства. В компьютере принимается решение о принадлежности выборки kS1, kS2, …, kSn одному из эталонов (решающее правило не указывается). Сигнал принятия решения для каждой зондирующей посылки поступает на устройство регистрации, а затем на цифровые индикаторы (люминесцентные индикаторы, печатающее устройство или другие индикаторы). Одновременно с распознаванием измеряются координаты облучаемого тела. С этой целью отдельным генератором формируется зондирующий импульс на частоте fω, усиливается в усилителе мощности, через переключатель приемо-передачи поступает на один из преобразователей гидроакустической антенны и излучается одновременно с излучением основного полихроматического сигнала в направлении распознаваемого тела (дополнительные узлы схемы, необходимые для измерения координат тела).The reflected signal (or several signals at different frequencies) from the recognized body goes to the receiver, in which the amplification of signals in a wide frequency band is performed. From the output of the receiver, the echo under investigation is fed to bandpass filters tuned to separate individual frequency components f 1 , f 2 , -, f n . The frequency bands of the filters are consistent with the bandwidth of the emitted signals. If the recognizable body (object) and (or) the vessel on which the device is located are moving, then the filters should take into account the Doppler frequency shift of the echo signal (this device does not provide for this, apparently, the vessel and the recognizable body are considered stationary or inactive). The signals from the outputs of the filters enter the computer. The computer computes the ratio of the amplitudes of the output signals kS 1 , kS 2 , ..., kS n filters, excluding their dependence on the transfer coefficient of the hydroacoustic channel k. The calculated amplitude ratios kS 1 , kS 2 , ..., kS n are compared with their reference values for different bodies entering the computer from the storage device. The computer decides whether the sample kS 1 , kS 2 , ..., kS n belongs to one of the standards (the decision rule is not indicated). The decision signal for each probe package is sent to the registration device, and then to digital indicators (fluorescent indicators, a printing device, or other indicators). Along with recognition, the coordinates of the irradiated body are measured. For this purpose, a probe pulse is formed by a separate generator at a frequency f ω , amplified in a power amplifier, through a receive-receive switch, is supplied to one of the transducers of a hydroacoustic antenna and is emitted simultaneously with the radiation of the main polychromatic signal in the direction of a recognizable body (additional circuit nodes necessary for measuring body coordinates).
Отраженный сигнал с выхода антенны через приемо-передатчик поступает на полосовой фильтр с центральной частотой fa и с шириной полосы, соответствующей ширине спектра излучаемого сигнала. С выхода фильтра сигнал поступает в канал определения координат облучаемого тела, где измеряется его местоположение одним из известных способов. Измеренные координаты записываются в устройстве регистрации. Таким образом, в устройство регистрации одновременно поступает информация о типе (классе) распознаваемого тела (объекта), дальности его расположения и угловых координатах.The reflected signal from the antenna output through the transceiver enters a band-pass filter with a central frequency f a and with a bandwidth corresponding to the spectrum width of the emitted signal. From the output of the filter, the signal enters the channel for determining the coordinates of the irradiated body, where its location is measured using one of the known methods. The measured coordinates are recorded in the registration device. Thus, the registration device simultaneously receives information about the type (class) of the recognized body (object), its range and angular coordinates.
В качестве прототипа принимается патент США №4084148, в котором предложен способ и устройство для распознавания тел сложной формы по эхо-сигналу при использовании коротких зондирующих импульсов, обеспечивающих высокую разрешающую способность устройства распознавания по дальности расположения отдельных отражающих элементов тела 1.As a prototype, US patent No. 4084148 is adopted, which proposes a method and apparatus for recognizing bodies of complex shape by an echo signal using short probe pulses that provide high resolution recognition device for the range of individual reflecting elements of the body 1.
Короткие тональные зондирующие импульсы, пространственная длина которых сτξ/2 (где с - скорость звука, τξ - длительность зондирующего импульса) значительно меньше габаритных размеров распознаваемых тел, формируются с помощью генератора и излучаются в водную среду с помощью излучателя.Short tonal sounding pulses, the spatial length of which cτ ξ / 2 (where c is the speed of sound, τ ξ is the duration of the sounding pulse) is much smaller than the overall dimensions of the recognized bodies, are formed using a generator and emitted into the aqueous medium using a radiator.
Отраженный от облучаемого тела сигнал s(t) поступает на приемник. В блоке прямого преобразования Фурье-БППФ определяется спектр F(ω) эхо-сигнала s(t). Зондирующий импульс с генератора поступает одновременно на излучатель и в блок прямого преобразования Фурье-БППФ, где вычисляется его спектр Fξ(ω). В инверторе формируется функция 1/ Fξ(ω), обратная спектру зондирующего импульса ξ(t). В умножителе вычисляется отношение спектра эхо-сигнала F(ω) к спектру зондирующего импульса Fξ(ω). Таким образом, определяется частотная передаточная функция отражающего тела Н(ω)=F(ω)/Fξ(ω). B блоке обратного преобразования Фурье-БОПФ вычисляется переходная функция отражающего тела h(t). Функцию h(t) представляют в виде суммы дельта-функций:Signal s (t) reflected from the irradiated body arrives at the receiver. In the direct Fourier transform-FFT block, the spectrum F (ω) of the echo s (t) is determined. The probe pulse from the generator is supplied simultaneously to the emitter and to the direct Fourier-FFT converter, where its spectrum F ξ (ω) is calculated. In the inverter, the function 1 / F ξ (ω) is formed, the inverse of the spectrum of the probe pulse ξ (t). The multiplier computes the ratio of the spectrum of the echo signal F (ω) to the spectrum of the probe pulse F ξ (ω). Thus, the frequency transfer function of the reflecting body H (ω) = F (ω) / F ξ (ω) is determined. In the inverse Fourier-BOPF transform block, the transition function of the reflecting body h (t) is calculated. The function h (t) is represented as the sum of delta functions:
Где ai - амплитудные коэффициенты; τi - времена запаздывания прихода отдельных отраженных сигналов от тела сложной формы.Where a i - amplitude coefficients; τ i - the time delay of the arrival of the individual reflected signals from the body of complex shape.
Вычисленная переходная функция характеризует взаимное расположение отражающих элементов на теле сложной формы с помощью величин τi и соотношения уровней отражения зондирующего импульса от этих элементов - амплитудными коэффициентами ai. Переходная функция h(t) используется непосредственно для распознавания тел сложной формы. В схеме устройства не приведены блок эталонов и блок принятия решений. В описании способа и устройства не указан тип решающего правила. Вычисление передаточной функции отражающего тела Н(ω) в виде отношения спектра эхо-сигнала F(ω) к спектру зондирующего импульса Fξ(ω) связано с определенными трудностями при движении судна-носителя настоящего устройства относительно распознаваемого тела. В этом случае спектр эхо-сигнала F(ω) будет смещен и возможно расширен относительно спектра зондирующего импульса Fξ(ω). В рассмотренном патенте не приведены формулы для Н(ω) и h(t) с учетом доплеровского сдвига частоты эхо-сигнала. Недостатком этого устройства является необходимость три раза выполнять преобразование Фурье, что усложняет построение системы распознавания тел сложной геометрической формы.The calculated transition function characterizes the relative position of the reflecting elements on the body of complex shape using the values of τ i and the ratio of the reflection levels of the probe pulse from these elements - amplitude coefficients a i . The transition function h (t) is used directly to recognize bodies of complex shape. The device diagram does not show the block of standards and the block of decision-making. The description of the method and device does not indicate the type of decision rule. The calculation of the transfer function of the reflecting body H (ω) in the form of the ratio of the spectrum of the echo signal F (ω) to the spectrum of the probe pulse F ξ (ω) is associated with certain difficulties during the movement of the carrier vessel of the present device relative to the recognized body. In this case, the spectrum of the echo signal F (ω) will be shifted and possibly expanded relative to the spectrum of the probe pulse F ξ (ω). In the considered patent, the formulas for H (ω) and h (t) are not given taking into account the Doppler frequency shift of the echo signal. The disadvantage of this device is the need to perform the Fourier transform three times, which complicates the construction of a system for recognizing bodies of complex geometric shapes.
По-видимому, целесообразно выделять переходную функцию h(t) непосредственно из огибающей эхо-сигнала, например, с помощью алгоритма выделения существенных локальных максимумов (Давыдов B.C. Алгоритм выявления существенных максимумов в огибающей сигнала. // Тезисы доклада на всесоюзном акустическом семинаре. М., 1988, с.64). В этом случае не требуется дополнительно учитывать доплеровское смещение спектра эхо-сигнала при вычислении h(t). Для распознавания тел сложной формы следует использовать в первую очередь наиболее информативное признаковое пространство временных положений максимумов в эхо-сигналах {τj}, а признаковое пространство амплитудных значений максимумов {Sj} привлекать в качестве дополнительного, если требуется повысить вероятность правильного распознавания. При этом возможно применять оптимальные решающие правила (Давыдов B.C. Оптимальное решающее правило для распознавания тел сложной геометрической формы по отраженным гидроакустическим сигналам.// Тезисы доклада IV Дальневосточной конференции. Акустические методы и средства исследования океана. // АН СССР, Владивосток, 1986, с.33-36).Apparently, it is advisable to isolate the transition function h (t) directly from the envelope of the echo signal, for example, using the algorithm for extracting significant local maxima (Davydov BC Algorithm for detecting significant maxima in the envelope of the signal. // Abstracts at the All-Union Acoustic Seminar. M. 1988, p. 64). In this case, it is not necessary to additionally take into account the Doppler shift of the spectrum of the echo signal when calculating h (t). To recognize bodies of complex shape, the most informative feature space of the temporal positions of the maxima in the echo signals {τ j } should be used first, and the feature space of the amplitude values of the maxima {S j } should be used as an additional one if it is necessary to increase the probability of correct recognition. In this case, it is possible to apply optimal decision rules (Davydov BC The optimal decision rule for recognizing bodies of complex geometric shape by reflected hydroacoustic signals. // Abstracts of the IV Far Eastern Conference. Acoustic methods and means of ocean research. // USSR Academy of Sciences, Vladivostok, 1986, p. 33-36).
Этот способ использует для идентификации классификационные признаки, содержащие наибольшую информацию о телах сложной геометрической формы. Однако при использовании зондирующих импульсов с высокой разрешающей способностью по дальности уровень отражения сигналов меньше, чем при использовании длинных зондирующих импульсов (без сжатия) за счет того, что отдельные максимумы эхо-сигналов формируются при отражении импульсов не от всего корпуса цели, а от его отдельных отражающих элементов. Для идентификации необходимо превышение максимумов над минимумами, а минимумы должны быть больше уровня помех, при соотношении сигнал/помеха меньше 18 дБ сложно обеспечить надежную идентификацию ПЛ.This method uses classification features for identification that contain the most information about bodies of complex geometric shape. However, when using probing pulses with a high range resolution, the signal reflection level is lower than when using long probing pulses (without compression) due to the fact that individual echo maximums are formed when the pulses are reflected not from the entire target body, but from its individual reflective elements. For identification, it is necessary to exceed the maxima over the minima, and the minima must be greater than the level of interference, with a signal / noise ratio of less than 18 dB it is difficult to ensure reliable identification of the submarines.
Целью настоящего предложения является повышение помехоустойчивости идентификации целей сложной геометрической формы по конструкции ее корпуса при угле лоцирования, определяемом с погрешностью не более 15°.The purpose of this proposal is to increase the noise immunity of identifying targets of complex geometric shapes according to the design of its body at a location angle determined with an error of not more than 15 °.
Цель достигается тем же, что в способе идентификации целей по гидролокационным сигналам, включающем излучение зондирующих импульсов с высоким разрешением по дальности, прием отраженных сигналов от цели, определение угла лоцирования цели с погрешностью не более 15°, формируют эталонные значения временных положений максимумов в отраженных сигналах в процессе обучения, при идентификации выбирают из памяти эталонные значения временных положений существенных максимумов в отраженных сигналах для различных целей и определенного диапазона углов лоцирования, соответствующего величине измеренного угла лоцирования, формируют зондирующие сигналы в виде суммы зондирующих импульсов с эталонными временными задержками, причем задержки зондирующих импульсов относительно первого импульса в формируемом сигнале соответствуют временным положениям существенных максимумов относительно последнего максимума в отраженном сигнале, излучают сформированные сигналы в направлении на цель, принимают отраженные сигналы, выделяют огибающие этих сигналов, запоминают средний уровень каждой огибающей отраженного сигнала и идентифицируют цель, соответствующую зондирующему суммарному сигналу, вызвавшему отраженный сигнал с превышением максимума его огибающей над средним уровнем на величину задаваемого порога.The goal is achieved in the same way as in the method of target identification by sonar signals, including the emission of probing pulses with high resolution in range, the reception of reflected signals from the target, the determination of the target location angle with an error of not more than 15 °, form the reference values of the temporal positions of the maxima in the reflected signals during training, during identification, the reference values of the temporal positions of significant maxima in reflected signals for various purposes and a certain range are selected from memory probing signals are generated in the form of a sum of probing pulses with reference time delays, and the delays of probing pulses relative to the first pulse in the generated signal correspond to the temporary positions of significant maxima relative to the last maximum in the reflected signal, the generated signals radiate in the direction target, receive the reflected signals, highlight the envelopes of these signals, remember the average level of each the envelope of the reflected signal and identifying the target, the corresponding sum signal probing, the caller reflected signal exceeding its maximum envelope above the mean level by an amount specified by the threshold.
При использовании сложных зондирующих импульсов после излучения сформированных суммарных сигналов и приема отраженных сигналов перед выделением огибающих сигналов выполняют согласованную фильтрацию отраженных сигналов.When using complex sounding pulses after radiation of the generated total signals and receiving the reflected signals before the selection of the envelopes of the signals, a coordinated filtering of the reflected signals is performed.
Существенными отличительными признаками заявляемого решения от известных технических решений (см. патенты РФ № 2176401, № 2161319, 2000892) и прототипа являются:Salient features of the proposed solution from the known technical solutions (see RF patents No. 2176401, No. 2161319, 2000892) and the prototype are:
- формирование зондирующих сигналов в виде суммы зондирующих импульсов с эталонными временными задержками, соответствующими расположенным в обратном порядке эталонным значениям временных положений существенных максимумов в отраженных сигналах для разных целей и определенного диапазона углов лоцирования, соответствующего величине измеренного угла лоцирования цели;- the formation of sounding signals in the form of a sum of sounding pulses with reference time delays corresponding to the inverse order reference values of the temporal positions of significant maxima in the reflected signals for different purposes and a certain range of location angles corresponding to the value of the measured target location angle;
- идентификация цели, соответствующей излученному суммарному зондирующему сигналу, вызвавшему отраженный сигнал с превышением максимума его огибающей над средним уровнем на величину задаваемого порогового значения.- identification of the target corresponding to the emitted total probing signal, which caused the reflected signal with the excess of its maximum envelope above the average level by the value of the specified threshold value.
Таким образом, заявляемое решение обладает существенными отличиями.Thus, the claimed solution has significant differences.
Положительный эффект - повышение помехоустойчивости идентификации целей достигается за счет облучения цели зондирующим сигналом, представляющим собой сумму зондирующих импульсов, задержки между которыми соответствуют расположенным в обратном порядке временным положениям существенных максимумов в отраженном сигнале от этой цели (т.е. расположению наиболее существенных по отражающей способности элементов корпуса цели) в диапазоне углов лоцирования, соответствующем углу лоцирования цели. При этом отраженный сигнал формируется в результате сложения отдельных отраженных импульсов от совокупности отражающих элементов цели. В отраженном сигнале формируется максимум при сложении отраженных импульсов от всех наиболее существенных по отражающей способности элементов корпуса цели. Уровень этого максимума соответствует уровню отраженного длинного зондирующего импульса от всей отражающей поверхности цели сложной геометрической формы и превышает средний уровень отраженного сигнала от цели при использовании зондирующих импульсов с высоким разрешением по дальности (например, для протяженных тел сложной формы, как правило, на 8-12 дБ для всех косых углов лоцирования).The positive effect is an increase in the noise immunity of target identification is achieved by irradiating the target with a probing signal, which is the sum of the probe pulses, the delays between which correspond to the temporal positions of the significant maxima in the reflected signal from this target (i.e., the location of the most significant in reflectivity elements of the target’s body) in the range of location angles corresponding to the location angle of the target. In this case, the reflected signal is formed as a result of the addition of individual reflected pulses from the totality of the reflecting elements of the target. A maximum is formed in the reflected signal when the reflected pulses are added from all the elements of the target body that are most significant in reflectivity. The level of this maximum corresponds to the level of the reflected long sounding pulse from the entire reflecting surface of the target of complex geometric shape and exceeds the average level of the reflected signal from the target when using sounding pulses with high resolution in range (for example, for extended bodies of complex shape, usually 8-12 dB for all oblique angles of location).
Для идентификации цели достаточно определить превышение этого максимума над средним уровнем огибающей отраженного сигнала. При этом уровень помех может быть соизмерим со средним уровнем огибающей отраженного сигнала. Для идентификации целей в прототипе и других известных способах идентификации (или классификации) необходимо получить информацию о структуре отраженного сигнала. В прототипе требуется выявлять существенные максимумы по отношению к ограничивающим их минимумам, имеющим уровень на 18-20 дБ меньше уровня максимумов. В заявляемом решении уровень помех может соответствовать уровню этих максимумов в отраженном сигнале.To identify the target, it is enough to determine the excess of this maximum over the average level of the envelope of the reflected signal. Moreover, the level of interference can be commensurate with the average level of the envelope of the reflected signal. To identify goals in the prototype and other known methods of identification (or classification), it is necessary to obtain information about the structure of the reflected signal. In the prototype, it is required to identify significant maxima in relation to their limiting minima, having a level of 18-20 dB less than the maximum level. In the claimed solution, the interference level may correspond to the level of these maxima in the reflected signal.
Таким образом, в заявляемом решении допускается уровень помех на 18-20 дБ больше, чем в прототипе. Следовательно, помехоустойчивость заявляемого решения на 18-20 дБ выше, чем прототипа и большинства известных способов идентификации (классификации) целей.Thus, in the claimed solution, the interference level is allowed to be 18-20 dB more than in the prototype. Therefore, the noise immunity of the proposed solution is 18-20 dB higher than the prototype and most known methods for identifying (classifying) targets.
На фиг.1 приведен пример формирования отраженного сигнала от цели, состоящей из трех отражающих элементов, при облучении ее коротким зондирующим импульсом и суммарным сигналом, гдеFigure 1 shows an example of the formation of the reflected signal from the target, consisting of three reflective elements, when it is irradiated with a short probe pulse and the total signal, where
1 - огибающая отраженного сигнала;1 - envelope of the reflected signal;
2 - зондирующий сигнал, представляющий собой сумму зондирующих импульсов;2 - a probe signal representing the sum of the probe pulses;
3 - сигнал, отраженный от первого отражающего элемента;3 - signal reflected from the first reflective element;
4 - сигнал, отраженный от второго отражающего элемента;4 - signal reflected from the second reflective element;
5 - сигнал, отраженный от третьего отражающего элемента;5 - signal reflected from the third reflective element;
6 - суммарный сигнал, отраженный от цели.6 - total signal reflected from the target.
На фиг.2 приведена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ, гдеFigure 2 shows a functional diagram of a device that implements the proposed method, where
8 - генератор зондирующих импульсов;8 - probe pulse generator;
9 - усилитель мощности;9 - power amplifier;
10 - приемо-излучающая антенна;10 - receiving-emitting antenna;
11 - идентифицируемая цель;11 - identifiable target;
12 - усилитель премного тракта;12 - amplifier premium path;
13 - пеленгатор;13 - direction finder;
14 - измеритель угла лоцирования;14 - meter angle of location;
15 - запоминающее устройство;15 - storage device;
16 - ключевые схемы;16 - key schemes;
17 - сумматор;17 - adder;
18 - согласованный фильтр;18 - matched filter;
19 - детектор;19 - detector;
20 - интегратор;20 - integrator;
21 - запоминающее устройство;21 is a storage device;
22 - линия задержки;22 - delay line;
23 - вычитающее устройство;23 - subtractive device;
24 - компаратор;24 - a comparator;
25 - счетчик импульсов;25 - pulse counter;
26 - индикатор.26 - indicator.
На фиг.1 показан пример огибающей отраженного сигнала от цели, имеющей сложную геометрическую форму, т.е. состоящий из нескольких отражающих элементов (в примере из трех отражающих элементов).Figure 1 shows an example of an envelope of a reflected signal from a target having a complex geometric shape, i.e. consisting of several reflective elements (in the example of three reflective elements).
При использовании коротких тональных зондирующих импульсов или сложных зондирующих сигналов с последующим сжатием огибающая отраженного сигнала 1 содержит несколько существенных максимумов. Временные положения этих максимумов отмечены пунктиром.When using short tonal sounding pulses or complex sounding signals with subsequent compression, the envelope of the reflected signal 1 contains several significant maxima. Temporary positions of these maxima are indicated by a dotted line.
Передаточная функция отражающей цели сложной геометрической формы представляется в виде набора дельта-импульсов, задержанных друг относительно друга на время τi с амплитудными множителями ai. При облучении этой цели зондирующим импульсом ξ(t) отраженный сигнал S1(t) формируется в виде суммы отдельных импульсов ξ(t), отраженных от элементов цели и определяется в виде свертки:The transfer function of a reflecting target of complex geometric shape is represented as a set of delta pulses delayed relative to each other for a time τ i with amplitude factors a i . When this target is irradiated with a probe pulse ξ (t), the reflected signal S 1 (t) is formed as the sum of individual pulses ξ (t) reflected from the target elements and is determined as a convolution:
, ,
где - переходная функция тела сложной формы;Where - transition function of the body of complex shape;
ai - амплитудные коэффициенты, характеризующие уровни отражения зондирующего импульса от отдельных участков тела; a i - amplitude coefficients characterizing the reflection levels of the probe pulse from individual parts of the body;
δ(t) - дельта-функция Дирака;δ (t) is the Dirac delta function;
τi - взаимные запаздывания между отдельными отраженными сигналами.τ i are the mutual delays between the individual reflected signals.
Зная эталонные усредненные значения временных положений максимумов {τi} в отраженных сигналах для различных целей и определенных диапазонов углов лоцирования, можно сформировать зондирующий сигнал в виде суммы зондирующих импульсов с временными задержками {τj}, расположенными в обратном порядке по отношению к {τi}. Формируемый зондирующий сигнал 2 представлен на фиг.1 в виде трех зондирующих импульсов, задержки между которыми {τj} соответствуют временным положениям максимумов в отраженном сигнале 1, но расположены в обратном порядке по отношению к {τi}.Knowing the reference averaged values of the temporal positions of the maxima {τ i } in the reflected signals for various purposes and certain ranges of angles of location, it is possible to form a probe signal in the form of a sum of probe pulses with time delays {τ j }, located in the opposite order with respect to {τ i }. The generated probe signal 2 is shown in FIG. 1 in the form of three probe pulses, the delays between which {τ j } correspond to the temporary positions of the maxima in the reflected signal 1, but are located in the opposite order with respect to {τ i }.
Зондирующий сигнал можно представить в виде:The probe signal can be represented as:
На фиг.1 для упрощения αi и αj изображены равными.1, for simplicity, α i and α j are depicted equal.
Сигналы, отраженные от первого, второго и третьего элементов цели 3, 4, 5, задержаны относительно друг друга в соответствии с временными положениями максимумов {τi} в отраженном сигнале 1.The signals reflected from the first, second and third elements of the target 3, 4, 5, are delayed relative to each other in accordance with the temporary positions of the maxima {τ i } in the reflected signal 1.
На фиг.1 отраженные сигналы 3, 4, 5 для упрощения представлены в виде набора отдельных импульсов без учета диффузной составляющей отраженного сигнала. Суммарный сигнал 6, отраженный от цели, можно представить также в виде свертки зондирующего сигнала S2(t) 2 с передаточной функцией отражающей цели в виде набора дельта-импульсов:In figure 1, the reflected signals 3, 4, 5 for simplicity are presented in the form of a set of individual pulses without taking into account the diffuse component of the reflected signal. The total signal 6 reflected from the target can also be represented as a convolution of the probe signal S 2 (t) 2 with the transfer function of the reflecting target in the form of a set of delta pulses:
При совпадении {τj} и {τi} SΣ(t) равен сумме отраженных сигналов от всех отражающих элементов объекта:If {τ j } and {τ i } coincide, S Σ (t) is equal to the sum of the reflected signals from all the reflecting elements of the object:
при аj=1, для j=1, 2…n.for a j = 1, for j = 1, 2 ... n.
В середине отраженного сигнала 6 виден ярко выраженный максимум, амплитуда которого равна энергетической сумме зондирующих импульсов, отраженных от всех отражающих элементов цели.In the middle of the reflected signal 6, a pronounced maximum is visible, the amplitude of which is equal to the energy sum of the probe pulses reflected from all the reflecting elements of the target.
Как было указано выше, превышение этого максимума над средним уровнем огибающей отраженного сигнала, измеренным на участке, не захватывающем максимум, составляет, например, на косых углах облучения тела сложной формы 8÷12 дБ.As mentioned above, the excess of this maximum over the average level of the envelope of the reflected signal, measured in the area that does not capture the maximum, is, for example, at oblique angles of irradiation of a body of
В устройстве, реализующем предложенный способ (фиг.2), генератор 8 формирует зондирующие импульсы с высоким разрешением по дальности (короткие по сравнению с длиной цели тональные зондирующие импульсы или сложные зондирующие импульсы, например, с частотной модуляцией). Зондирующие импульсы усиливаются с помощью усилителя мощности 9 и излучаются с помощью антенны 10. Отраженные от цели сигналы 11 усиливаются в усилителе приемного тракта 12. С помощью пеленгатора 13 и измерителя угла лоцирования 14 определяется угол лоцирования цели одним из известных способов. Информация об угле лоцирования с погрешностью не более 15° поступает в запоминающее устройство 15, где хранятся эталонные значения временных положений максимумов {τi} в отраженных сигналах для различных целей и диапазонов углов лоцирования. Эталонные значения {τi} выбираются из запоминающего устройства 15 в обратном порядке относительно первого максимума в отраженных сигналах и поступают в качестве управляющих сигналов на ключевые схемы 16. На ключевые схемы поступают также зондирующие импульсы с генератора 8. Задержанные относительно друг друга зондирующие импульсы суммируются в сумматоре 17, формируются в суммарные зондирующие сигналы и поступают для излучения на усилитель мощности 9. Суммарные зондирующие сигналы, сформированные в соответствии с {τj} для разных целей, излучаются с помощью антенны 10. Отраженные сигналы принимаются с помощью антенны 10, усиливаются в усилителе приемного тракта 12 и поступают в согласованный фильтр 18 (согласованный фильтр применяется только в случае использования сложных зондирующих сигналов). В согласованном фильтре 18 выполняется сжатие отраженных сигналов, например, путем корреляции их с копией зондирующего импульса (возможна многоканальная обработка с учетом доплеровского смещения спектров отраженных сигналов). В детекторе 9 выделяется огибающая каждого отраженного сигнала. Сигнал с детектора поступает на счетчик импульсов 25. Счетчик подсчитывает каждый отраженный сигнал. Номер каждого приходящего от цели отраженного сигнала соответствует номеру излученного зондирующего сигнала, а следовательно, номеру идентифицируемой цели. Сигналы со счетчика подаются на индикатор 26. Определяются средние уровни огибающих каждого отраженного сигнала с помощью интегратора 20, запоминаются в запоминающем устройстве 21 и поступают на вычитающее устройство 23. В вычитающем устройстве 23 вычисляется разность между текущими значениями огибающих (поступающих с детектора 19 через линию задержки 22) и их средним уровнем. Величина этой разности поступает на компаратор 24 и сравнивается с пороговым значением. При превышении порогового значения срабатывает компаратор 24. Выходной сигнал компаратора поступает на индикатор 26. При срабатывании компаратора его выходной сигнал дает разрешение на высвечивание или регистрацию с помощью индикатора 26 номера идентифицируемой цели.In the device that implements the proposed method (figure 2), the
Предлагаемый способ позволяет повысить помехоустойчивость идентификации целей сложной формы при использовании наиболее информативных классификационных признаков - временных положений максимумов в отраженных сигналах. Этот способ является устойчивым к возможным искажениям отраженных сигналов за счет многолучевого распространения сигналов в море, так как в этом случае в суммарном отраженном от цели сигнале формируется не один, а несколько глобальных максимумов, но правило идентификации цели не изменяется. Повышение помехоустойчивости идентификации целей позволяет увеличить дальность распознавания целей либо повысить вероятность их правильного распознавания.The proposed method allows to increase the noise immunity of identifying targets of complex shape when using the most informative classification features - temporary positions of the maxima in the reflected signals. This method is resistant to possible distortions of the reflected signals due to the multipath propagation of signals in the sea, since in this case, not one, but several global maximums are formed in the total signal reflected from the target, but the target identification rule does not change. Improving the noise immunity of target identification allows you to increase the range of target recognition or increase the likelihood of their correct recognition.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108709/28A RU2368919C1 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Method of identifying targets from sonar signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108709/28A RU2368919C1 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Method of identifying targets from sonar signals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2368919C1 true RU2368919C1 (en) | 2009-09-27 |
Family
ID=41169684
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008108709/28A RU2368919C1 (en) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | Method of identifying targets from sonar signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2368919C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2525472C1 (en) * | 2013-01-29 | 2014-08-20 | Анатолий Сергеевич Иваницкий | Acoustic range-finder |
CN107144818A (en) * | 2017-03-21 | 2017-09-08 | 北京大学深圳研究生院 | Binaural sound sources localization method based on two-way ears matched filter Weighted Fusion |
RU2655642C2 (en) * | 2016-05-25 | 2018-05-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of the noisy objects detecting by passive hydro acoustic monitoring system |
-
2008
- 2008-03-05 RU RU2008108709/28A patent/RU2368919C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2525472C1 (en) * | 2013-01-29 | 2014-08-20 | Анатолий Сергеевич Иваницкий | Acoustic range-finder |
RU2655642C2 (en) * | 2016-05-25 | 2018-05-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of the noisy objects detecting by passive hydro acoustic monitoring system |
CN107144818A (en) * | 2017-03-21 | 2017-09-08 | 北京大学深圳研究生院 | Binaural sound sources localization method based on two-way ears matched filter Weighted Fusion |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7852709B1 (en) | Sonar system and process | |
US7929375B2 (en) | Method and apparatus for improved active sonar using singular value decomposition filtering | |
TWI289680B (en) | Efficient technique for estimating elevation angle when using a broad beam for search in a radar | |
CN109444896B (en) | Underwater sound array positioning system and positioning method thereof | |
RU2634787C1 (en) | Method of detecting local object against background of distributed interference | |
Battle et al. | Geoacoustic inversion of tow-ship noise via near-field-matched-field processing | |
RU2650835C1 (en) | Method of the target parameters determining by the sonar | |
US8400875B2 (en) | Active sonar system and active sonar method using a pulse sorting transform | |
RU2711406C1 (en) | Method of classification of hydro acoustic signals of marine objects noise emission | |
Atkins et al. | Transmit-signal design and processing strategies for sonar target phase measurement | |
RU2368919C1 (en) | Method of identifying targets from sonar signals | |
RU2366973C1 (en) | Method for detection of targets from accidental reverberation disturbances | |
Dubrovinskaya et al. | Anchorless underwater acoustic localization | |
JP3881209B2 (en) | Doppler shift frequency measuring device and device using the same | |
KR100902560B1 (en) | Apparatus and method for generating warning alarm in a tracking-while-scanning radar | |
RU2626295C1 (en) | Automatic detection and classification system of short-range sonar | |
EP2317335A1 (en) | Improved beamforming method for analysing signals received by a transducer arrray, and relative detection system | |
CN110346802A (en) | Based on the Underwater Target Detection method for calculating underwater acoustic channel parameter | |
US20110228639A1 (en) | Active Sonar System and Active Sonar Method Using Noise Reduction Techniques and Advanced Signal Processing Techniques | |
RU2460088C1 (en) | Method of detecting local object on background of distributed interference | |
RU2490664C1 (en) | Method of classifying object detected by sonar | |
Lennartsson et al. | Passive acoustic detection and classification of divers in harbor environments | |
RU2317568C1 (en) | Mode of identification of radar objects and an arrangement for its realization | |
Gebbie et al. | Aspect-dependent radiated noise analysis of an underway autonomous underwater vehicle | |
Demirli et al. | Ultrasonic flaw detection and imaging through reverberant layers via subspace analysis and projection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100306 |