RU2692841C1 - Hydro acoustic method for determining purpose parameters when using an explosive signal with a wireless communication system - Google Patents
Hydro acoustic method for determining purpose parameters when using an explosive signal with a wireless communication system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2692841C1 RU2692841C1 RU2018113392A RU2018113392A RU2692841C1 RU 2692841 C1 RU2692841 C1 RU 2692841C1 RU 2018113392 A RU2018113392 A RU 2018113392A RU 2018113392 A RU2018113392 A RU 2018113392A RU 2692841 C1 RU2692841 C1 RU 2692841C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- explosive
- echo
- spectrum
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем обнаружения эхосигнала от объекта, измерения параметров обнаруженного объекта и его классификации при использовании взрывных сигналов с беспроводной системой связи.The invention relates to the field of underwater acoustics and can be used to build systems for detecting an echo signal from an object, measuring the parameters of a detected object and classifying it when using explosive signals with a wireless communication system.
Методы обнаружения и определения параметров при использовании детерминированных сигналов в гидролокаторах, установленных на подводных и надводных носителях широко применяются в гидроакустике.Methods for detecting and determining parameters using deterministic signals in sonars installed on underwater and surface carriers are widely used in sonar.
Известен способ обнаружения объекта, основанный на приеме эхосигнала от объекта в смеси с помехой, который содержит спектральный анализ этого процесса, детектирование спектральных составляющих, интегрирование огибающей и обнаружение сигнала при сравнении с порогом, изложенный, например, в работе Евтютов Е.С.и Митько В.Б. "Примеры инженерных расчетов в гидроакустике", Судостроение 1981 г, с. 77. Способ реализует классификацию эхосигнала и помехи.There is a method for detecting an object based on receiving an echo signal from an object in a mixture with interference, which contains a spectral analysis of this process, detection of spectral components, integrating the envelope and detecting a signal when compared with a threshold, described, for example, in the work of Evtyutov ES and Mitko V.B. "Examples of engineering calculations in hydroacoustics", Shipbuilding 1981, p. 77. The method implements the classification of echo and interference.
Подобный способ приведен в "Справочнике по гидроакустике", Судостроение 1988 г. стр. 27. При этом под спектральным анализом понимают, как правило, полосовую фильтрацию, выделяющую основную энергию электрического процесса. При использовании цифровой техники в качестве спектрального анализа применяют процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ), которые обеспечивают выделение и измерение энергетического спектра шумового электрического процесса ("Применение цифровой обработки сигналов", изд. Мир М. 1990 г. стр. 296).A similar method is given in the Handbook on Hydroacoustics, Shipbuilding 1988 p. 27. At the same time under the spectral analysis, we understand, as a rule, band-pass filtering, emitting the main energy of the electrical process. When using digital technology as a spectral analysis, apply the procedures of fast Fourier transform (FFT), which provide the selection and measurement of the energy spectrum of the noise electric process ("Application of digital signal processing", ed. Mir M. 1990, p. 296).
Известен способ классификации эхосигнала гидролокатора по патенту РФ №2466419, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала в смеси с шумовой помехой гидроакустической антенной, дискретизацию электрического сигнала, набор дискретизированных отсчетов электрического сигнала длительностью Т, полученных последовательно, через равные промежутки времени за все время обнаружения эхосигнала и проведение спектрального анализа полученных наборов дискретизированных отсчетов с использованием быстрого преобразования Фурье. Сдвиг наборов дискретизированных отсчетов осуществляют на время 1/4Т, по каждому набору определяют среднее значение всех спектральных отсчетов; также по каждому набору определяют спектральный отсчет с наибольшей амплитудой и определяют ширину спектра эхосигнала, по величине которой производят классификацию.A known method for the classification of sonar echo signal according to RF Patent No. 2466419, containing radiation of a probing signal, receiving an echo signal mixed with noise interference by a sonar antenna, sampling an electrical signal, a set of discretized samples of an electrical signal of duration T, received successively, at equal intervals of time throughout the detection of the echo signal and carrying out spectral analysis of the obtained sets of sampled samples using the fast Fourier transform. The shift of sets of sampled samples is carried out for a time of 1 / 4T, the average value of all spectral samples is determined for each set; also for each set determine the spectral count with the highest amplitude and determine the width of the spectrum of the echo signal, the value of which produce a classification.
Недостатком этих способов является ограниченная мощность излучения и отсутствие скрытности при излучении зондирующего сигнала, что имеет первостепенное значение при работе с подводного носителя.The disadvantage of these methods is the limited radiation power and the lack of secrecy in the radiation of the probing signal, which is of paramount importance when working from an underwater carrier.
Известна практика использования взрывных сигналов в гидролокации при работе с надводного корабля при измерении распространения сигналов на большие расстояния, процедура которого достаточно подробно изложена в литературе («Физические основы подводной акустики» под ред. В.И. Мясищева М Сов. радио 1955 г стр. 258-345).Known practice of using explosive signals in sonar when working with a surface ship when measuring the propagation of signals over long distances, the procedure for which is described in some detail in the literature (Physical Foundations of Underwater Acoustics, ed. By V. Myasischev M Sov. Radio 1955, p. 258-345).
Обработка сигналов взрывных источников не требует вспомогательного оборудования и не имеет ограничения по глубине, что позволяет их использовать практически всегда при любом разрезе скорости звука, даже в условиях отрицательной рефракции. (Д. Вестон Взрывные источники звука. «Подводная акустика» М. МИР. 1965 г. стр. 63). Преимущества взрывных источников перед другими заключаются в том, что с их помощью можно получить информацию об объекте локации в широком диапазоне частот и на больших дистанциях. Кроме того, взрывные источники могут быть установлены заранее в любом районе и использованы в известное время для освещения подводной обстановки.The processing of signals from explosive sources does not require auxiliary equipment and is not limited in depth, which makes it possible to use them almost always with any cut of the speed of sound, even in conditions of negative refraction. (D. Weston Blast Sources of Sound. “Underwater Acoustics” by M. MIR. 1965, p. 63). The advantages of explosive sources over others are that they can be used to obtain information about the location object in a wide range of frequencies and at large distances. In addition, explosive sources can be installed in advance in any area and used at a certain time to illuminate underwater conditions.
Известен способ измерения дистанции по патенту РФ №2541699. Способ содержит излучение взрывного сигнала, прием отраженного сигнала широкополосным приемником, многоканальный частотный анализ и отображение на индикаторе. В соответствии с известным способом измеряют зависимость скорости звука от глубины, измеряют уровень помехи в полосе приема, определяют порог, принимают сигнал прямого распространения, который превысил выбранный порог, определяют время приема сигнала прямого распространения от излучателя до приемника Тпрям, измеряют спектр сигнала прямого распространения, превысившего порог, определяют ширину спектра сигнала прямого распространения в полосе приемного устройства Фпрям, принимают сигнал, отраженный от объекта, определяют время приема эхосигнала Тэхо, измеряют спектр эхосигнала, определяют полосу спектральных составляющих превысивших порог Фэхо, определяют дистанция по формуле Дизм=К (Фпрям-Фэхо), где К - коэффициент, определяющий частотное затухание спектра при распространении.A known method of measuring the distance according to the patent of the Russian Federation No. 2541699. The method includes the radiation of an explosive signal, the reception of the reflected signal by a broadband receiver, multichannel frequency analysis and display on the indicator. In accordance with the known method of measuring the dependence of the sound velocity of depth, measured level of interference in the reception band determined threshold, taking feedforward signal that exceeds a selected threshold is determined while taking a direct path signal from the transmitter to the receiver, T is straight, measured spectrum feedforward signal which exceed the threshold, determine the width of the spectrum of the forward propagation signal in the receiving device band F, directly , receive the signal reflected from the object, determine the reception time the echo signal T echo , measure the echo spectrum, determine the band of the spectral components above the threshold F echo , determine the distance using the formula D meas = K (F direct -F echo ), where K is the coefficient determining the frequency attenuation of the spectrum during propagation.
Недостатком данного способа является то, что может иметь место большая ошибка измерения дистанции, связанная с коэффициентом частотного затухания в конкретном районе использования, значение которого не известно в точке приема. Кроме того, этот способ позволяет определять только дистанцию до цели, но не но не позволяет определять скорость цели.The disadvantage of this method is that there may be a large measurement error of the distance associated with the coefficient of frequency attenuation in a particular area of use, the value of which is not known at the point of reception. In addition, this method allows you to determine only the distance to the target, but not but does not allow to determine the speed of the target.
Наиболее близким по количеству общих признаков к предлагаемому способу является гидроакустический способ измерения дистанции с использованием взрывного сигнала по патенту РФ №2546852. Способ содержит следующие операции: сигнал взрывного источника излучают на удалении от точки приема на фиксированной глубине и в фиксированное время Тиз, прием сигналов взрывного источника осуществляют статическим веером характеристик направленности, измеряют уровень помехи по всем пространственным каналам, выбирают порог, принимают сигнал прямого распространения от источника взрывного сигнала до точки приема, определяют направление прихода сигнала прямого распространения α0, определяют время прихода сигнала прямого распространения Тпр, рассчитывают дистанцию от точки приема до источника взрывного сигнала d=(Тпр-Тиз)С, где С - скорость звука в воде, принимают эхосигнал, отраженный от объекта, определяют направление β0 прихода эхосигнала, определяют время прихода эхосигнала Тэс, определяют время распространения взрывного сигнала от источника до приемника tc=(Тэс-Тиз), определяют дистанцию распространения сигнала от источника до приемника и от цели до точки приема Rc=C*tc, определяют разность углов (α0-β0) между направлением «приемник - источник излучения» и направлением «приемник-цель», а дистанцию Д до цели определяют по формуле:The closest in terms of the number of common features to the proposed method is a sonar method for measuring distance using an explosive signal according to the patent of the Russian Federation No. 2546852. The method includes the following operations: the signal of an explosive source is emitted at a distance from the reception point at a fixed depth and at a fixed time T out , the reception of signals from an explosive source is carried out with a static fan of the directional characteristics, the level of interference is measured over all spatial channels, the threshold is selected, a forward propagation signal is received source of the blasting signal to the point of reception, determine the direction of arrival of the signal of direct distribution α 0 , determine the time of arrival of the signal of direct distribution T pr , calculate the distance from the reception point to the source of the blasting signal d = (T pr -T from ) C, where C is the speed of sound in water, receive an echo signal reflected from the object, determine the direction β 0 of arrival of the echo signal, determine the time of arrival of the echo signal T es , determine the time of propagation of an explosive signal from the source to the receiver t c = (T es -T from ), determine the distance of the signal from the source to the receiver and from the target to the reception point R c = C * t c , determine the angle difference (α 0 -β 0 ) between the direction "receiver - source of radiation" and n direction "receiver-target", and the distance D to the target is determined by the formula:
Этот способ позволяет получить оценку дистанции с погрешностью существенно меньше, чем предыдущий способ. Однако в этот способ, как и способ по патенту РФ №2541699, при обработке эхосигнала из всех параметров обнаруженного объекта позволяет определять только дистанцию, но не позволяет определять скорость обнаруженного объекта, что необходимо для определения класса объекта и его элементов движения.This method allows to obtain an estimate of the distance with an error significantly less than the previous method. However, in this method, as well as the method according to the patent of the Russian Federation No. 2541699, when processing the echo signal from all parameters of the detected object, it allows to determine only the distance, but does not allow to determine the speed of the detected object, which is necessary to determine the class of the object and its motion elements.
Задачей предлагаемого способа является обеспечение измерения скорости движения объекта и классификации обнаруженного объекта по скорости движения при использовании взрывного сигнала с неизвестными координатами, но с известным фиксированным времени применения.The objective of the proposed method is to provide a measurement of the speed of movement of the object and the classification of the detected object by the speed of movement when using an explosive signal with unknown coordinates, but with a known fixed time of use.
Техническим результатом при использовании предлагаемого способа является определение скорости движения обнаруженного объекта и определения класса обнаруженного объекта.The technical result when using the proposed method is to determine the speed of the detected object and determine the class of the detected object.
Для обеспечения указанного технического результата в способ, содержащий излучение взрывного сигнала в фиксированное время Тиз, прием сигнала прямого распространения от источника взрывного сигнала до точки приема, прием эхосигнала, отраженного от объекта, определение дистанции, причем прием этих сигналов осуществляют статическим веером характеристик направленности, что позволяет определить направление на обнаруженный объект введены новые признаки, а именно определяют спектр сигнала прямого распространения, выбирают диапазон частот относительно частоты Fcp=1000 Гц из спектра сигнала прямого распространения полосой (Fмакс-Fмин)пр, формируют банк опорных частот в интервале смещения частоты, вызванное возможной скоростью движения объекта, определяют спектр принятого эхосигнала, выделяют диапазон частот полосой (Fмакс÷Fмин)эхo на частоте 1000 Гц, проводят взаимнокорреляционную обработку спектра эхосигнала и спектров с выхода банка опорных частот, из полученного массива взаимнокорреляционных функций определяют среднее значение их выбросов Аср и среднеквадратичное отклонение амплитуд этих выбросов Аско, выбирают значение порога по формуле Апор=2(Аср+Аско), выбирают выброс корреляционной функции с максимальной амплитудой Амакс и сравнивают с Апор, если Амакс>2Апор, принимают решение, что имеет место эхосигнал от цели, определяют частоту Fэс по взамнокорреляционной функции с максимальной амплитудой Амакс и скорость объекта по фомуле V=(Fзс-1000)\0,69, если Fэс>Fcp объект подвижный и приближается, если Fэс<Fcp объект подвижный и удаляется, если Fэс=Fcp, то объект неподвижный.To ensure the specified technical result in the method containing the radiation of an explosive signal at a fixed time T out , receiving a direct propagation signal from the source of the explosive signal to the reception point, receiving an echo signal reflected from the object, determining the distance, and receiving these signals is carried out with a static fan of the directivity characteristics that allows you to determine the direction of the detected object, introduced new signs, namely, determine the spectrum of the signal of direct propagation, often choose the range t relative frequency Fcp = 1000 Hz from the spectrum of the signal direct propagation band (F max -F min ) pr , form a reference frequency bank in the frequency offset interval, caused by the possible speed of the object, determine the spectrum of the received echo signal, select the frequency range band (F max ÷ F min) eho 1000 Hz, processing is carried out cross-correlation and spectrum of the echo signal output from the bank spectra of reference frequencies from the resultant cross-correlation function of the array determine the mean value of the emission a and standard cf. tklonenie amplitudes of these emissions A MSE is selected threshold value by the formula thr = 2 (A cf. + A MSE) is selected ejection correlation function with the maximum amplitude A max and compared to A then, if A max> 2A then, decide that there is an echo signal from the target, determine the frequency F es according to the inter-correlation function with a maximum amplitude A max and the object velocity using a fomule V = (F zs -1000) \ 0.69 if F es > F cp the object is mobile and approaches if F es <F cp the object is movable and is deleted, if F es = Fcp, then the object is fixed.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.
Взрывные источники сигналов могут быть установлены различными способами: сбрасыванием с надводного корабля, сбрасыванием с самолета или вертолета. Может быть использован так же самоходный необитаемый подводный аппарат или взрывной источник может быть установлен самим носителем гидроакустических средств обнаружения. Каждый взрывной источник имеет датчик давления, который определяет глубину срабатывания и таймер, который определяет время срабатывания. Спектр, излучаемый взрывным источником, достаточно широк и занимает полосу от десятков Гц до десятков килогерц. (Д. Вестон Взрывные источники звука. «Подводная акустика» М МИР 1965 г. стр. 63), поэтому существующими гидроакустическими комплексами обработать весь диапазон частот взрывного сигнала невозможно. Как правило, максимум спектральной плотности расположен на частоте порядка 1000 Гц, а в дальнейшем спектральная плотность снижается практически линейно. Обнаружение взрывного сигнала производится по превышению временной функции порога в широкой полосе без оптимальной обработки. Длительность взрывного сигнала порядка 100 мс, что не позволяет определять временные классификационные параметры реальных объектов. Известны способы обнаружения и измерения параметров эхосигналов от объектов с использованием, так называемых, сложных сигналов к которым относятся псевдошумовые сигналы. При обработке таких сигналов на выходе формируется корреляционная функция эхосигнала и излученного зондирующего сигнала. Эти способы нашли применение в радиолокации и гидроакустике (Р. Бенжамин «Анализ радио и гидролокационных сигналов» Воениздат М. 1969). В работе рассмотрены основные свойства этих сигналов и виды внутренней модуляции, которая определяет функцию неопределенности эхо- сигнала на выходе системы обработки.Explosive sources of signals can be installed in various ways: by dropping from a surface ship, dropping from an airplane or a helicopter. A self-propelled uninhabited underwater vehicle can also be used, or an explosive source can be installed by the carrier of sonar detection devices. Each explosive source has a pressure sensor that determines the depth of response and a timer that determines the response time. The spectrum emitted by an explosive source is wide enough and occupies a band from tens of Hz to tens of kilohertz. (D. Weston. Explosive sources of sound. “Underwater acoustics” of M MIR 1965, p. 63), therefore, it is impossible to process the entire range of frequencies of an explosive signal with existing acoustic systems. As a rule, the maximum spectral density is located at a frequency of about 1000 Hz, and further the spectral density decreases almost linearly. Detection of an explosive signal is made by exceeding the time function of the threshold in a wide band without optimal processing. The duration of an explosive signal is about 100 ms, which does not allow determining the temporal classification parameters of real objects. Known methods of detecting and measuring parameters of echo signals from objects using the so-called complex signals which include pseudo-noise signals. When processing such signals at the output, the correlation function of the echo signal and the emitted probe signal is formed. These methods have found application in radar and hydroacoustics (R. Benjamin "Analysis of radio and sonar signals" Voenizdat M. 1969). The paper discusses the main properties of these signals and the types of internal modulation, which determines the uncertainty function of the echo signal at the output of the processing system.
Сигнал прямого распространения от взрывного источника в полосе частот несколько сот Гц можно рассматривать как псевдошумовой сигнал.A direct propagation signal from an explosive source in a frequency band of several hundred Hz can be considered as a pseudo-noise signal.
Поэтому предлагается принять сигнал прямого распространения от взрывного источника, сделать спектральный анализ, в указанной полосе частот, и на основе сигнала прямого распространения сформировать банк опорных частот в интервале смещения частоты, вызванное возможной скоростью движения объекта. Использование такого метода обработки с формированием опорных сигналов для многоканальной обработки является известной операцией, которая применяется при разработке гидролокационных систем на основе цифровой обработки сигналов.(«Применение цифровой обработки сигналов» Мир. М. 1980 г. стр 366.) Такие широкополосные сигналы имеют кнопочную функцию неопределенности, обеспечивающие хорошее разрешение по времени. (В.А. Зарайский, A.M. Тюрин «Теория гидролокации» изд. ВМАОЛУ, Л. 1975 стр. 242). Как правило, обработка таких сигналов производится с использованием многоканальных корреляторов (там же стр. 255) или многоканальных согласованных фильтров (там же на стр. 333), количество каналов которых определяется диапазоном скоростей движения обнаруживаемых объектов и требуемой погрешностью измерения скорости.Therefore, it is proposed to receive the direct propagation signal from the explosive source, to make a spectral analysis in the specified frequency band, and, based on the direct propagation signal, to form a reference frequency bank in the frequency offset interval, caused by the possible speed of the object. Using such a method of processing with the formation of reference signals for multichannel processing is a well-known operation that is used in the development of sonar systems based on digital signal processing. (“Using digital signal processing” Mir. M. 1980, p. 366.) Such broadband signals have push-button uncertainty function providing good time resolution. (V.A. Zaraisky, A.M. Tyurin, “The Theory of Sonar”, ”ed. VMAOLU, L. 1975 p. 242) As a rule, such signals are processed using multichannel correlators (ibid. P. 255) or multichannel matched filters (ibid. P. 333), the number of channels of which is determined by the speed range of the detected objects and the required speed measurement error.
Известно, что недостатком всех псевдошумовых сложных сигналов является то, что выходная функция неопределенности, определяемая как совокупность корреляционных функций опорного сигнала и принятого сигнала на всей плоскости частота - время, имеет боковые выбросы, амплитуда которых может достигать значения 0,3 от основного максимума (Р. Бенжамин «Анализ радио и гидролокационных сигналов» Воениздат М. 1969 стр. 135), поэтому необходима процедура выбора порога связанная с боковыми выбросами взаимно корреляционной функции. Стандартная процедура выбор порога по корреляционной функции излученного сигнала и нормального шума не имеет смысла, поскольку боковые выбросы функции неопределенности при наличии сигнала всегда будут превышать амплитуду боковых выбросов сигнала и нормального стационарного шума. Поэтому порог Апор выбирается из среднего значения амплитуд боковых выбросов функции неопределенности принятого сигнала, которая формируется по взаимно-корреляционной функции на выходе многоканальной по частоте обработки. Выполнение условия Амакс>2Апор гарантирует наличие реального сигнала при обработке, что решает задачу обнаружения реального сигнала на фоне выбросов корреляционной функции.It is known that a disadvantage of all pseudo-noise complex signals is that the output uncertainty function, defined as the set of correlation functions of the reference signal and the received signal on the entire frequency – time plane, has side peaks, the amplitude of which can reach a value of 0.3 of the main maximum (P Benjamin "Analysis of radio and sonar signals" (Voenizdat M. (1969, p. 135), therefore, a procedure is necessary to select the threshold associated with the lateral emissions of the mutually correlation function. The standard procedure for selecting the threshold for the correlation function of the emitted signal and normal noise does not make sense, since the lateral emissions of the uncertainty function in the presence of a signal will always exceed the amplitude of the lateral emissions of the signal and normal stationary noise. Therefore, the threshold A then is selected from the average value of the amplitudes of the lateral emissions of the received signal uncertainty function, which is formed from the cross-correlation function at the output of the multichannel processing frequency. Compliance with condition A max > 2A then guarantees the presence of a real signal during processing, which solves the problem of detecting a real signal against the background of emissions of the correlation function.
Если гидролокатор неподвижен и объект локации неподвижен, то корреляции производится между излученным сигналом и принятым эхосигналом. Однако, такая ситуации практически никогда не встречается, и за счет собственного движения и движения цели происходит смещение спектра отраженного сигнала в соответствии с эффектом Доплера (там же стр.200), в результате чего спектры не совпадают и не образуется свернутая корреляционная функция. При этом скорость цели определяется по величине смещения спектра в соответствии с известной формулой V=(Fэxo-Fизл)\0,69Fизл. (Д.Ж. Уоррен Хортон «Основы гидролокации» Л. Судпромгиз 1961 г. стр. 450). В соответствии с этим может быть определен и диапазон частот смещения эхосигнала в соответствии с выбранными скоростями движения объекта. Именно поэтому используется при приеме многоканальная обработка по частоте, где каждый канал соответствует определенной скорости цели. В качестве средней частоты излученного сигнала Fcp имеет смысл избрать среднюю частоту из выбранной полосы сигнала прямого распространения и относительно ее проводить классификацию по скорости.If the sonar is stationary and the location object is stationary, then a correlation is made between the radiated signal and the received echo signal. However, this situation almost never occurs, and due to its own movement and target movement, the spectrum of the reflected signal shifts in accordance with the Doppler effect (ibid. P. 200), as a result of which the spectra do not coincide and a minimized correlation function is not formed. The velocity of the target is determined by the magnitude of the spectrum shift in accordance with the well-known formula V = (Fexo-Fizl) \ 0,69Fizl. (D.J. Warren Horton, “Basics of Sonar,” L. Sudpromgiz 1961, page 450). In accordance with this, the frequency range of the echo offset can be determined in accordance with the selected object speeds. That is why it is used when receiving multi-channel processing in frequency, where each channel corresponds to a specific target speed. As the average frequency of the emitted signal F cp, it makes sense to choose the average frequency from the selected band of the signal of direct propagation and relative to its classification by speed.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.The invention is illustrated FIG. 1, which shows a diagram of the device that implements the proposed method.
Устройство, (фиг. 1) содержит автономный источник 1 взрывного сигнала с известным временем излучения. Приемная часть устройства содержит последовательно соединенные приемную антенну 2, приемный блок 3, блок 4 формирования статический веер характеристик направленности и спецпроцессор 5. В состав спецпроцессора 5 входят последовательно соединенные блок 6 коммутации входных сигналов и измерения Тпр и угла прихода прямого сигнала α0, блок 7 многоканальной корреляционной обработки, блок 8 выбора амплитуд выбросов корреляционной функции, блок 9 измерения Амакс и сравнения с Апор, блок 10 измерения Тотр и угла прихода отраженного сигнала β0, блок 11 определения дистанции, скорости и класса, блок 12 управления и отображения. Второй выход блока 6 через блок 13 измерения спектра прямого сигнала и выбор полосы обработки, соединен через блок 14 формирования банка опорных сигналов со вторым входом блока 7. Второй выход блока 8 через блок 15 измерения среднего значения и СКО выбросов и порога обнаружения связан со вторым входом блока 9, а второй выход блока 4 соединен со вторым входом блока 12, выход которого соединен со вторым входом спецпроцессора 5.The device (Fig. 1) contains an
Устройство работает следующим образом. Блок 12 включает систему в нужное время, проверяет его работоспособность и отображает результаты измерений. Источник взрывного сигнала работает в своем штатном режиме и излучает сигналы периодически в известные моменты времени. Антенна 2 принимает сигнал прямого распространения, который усиливается в блоке 3, преобразуется в цифровой вид и поступает в блок 4 формирователя статического веера характеристик направленности и далее в блок 5 спецпроцессора. Спецпроцессор является известным устройством, который предназначен для обработки информации в цифровом виде и содержит последовательное решение задач связанных с поступающей информацией. В настоящее время практически вся гидроакустическая аппаратура выполняется на спецпроцессорах, которые преобразуют акустический сигнал в цифровой вид и производят в цифровом виде формирование характеристик направленности, многоканальную по частоте обработку и обнаружение сигнала, а также измерение амплитуд эхосигналов и временных отсчетов, и принятие решения о цели. Эти вопросы достаточно подробно рассмотрены в литературе. (Ю.А. Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев «Корабельная гидроакустическая техника» Санкт - Петербург.« Наука.» 2004 г. Стр. 95-99, стр. 237-255). Использование цифровой техники позволяет оперативно обрабатывать информацию любой сложности на основе разработанных алгоритмов. Эти вопросы достаточно подробно рассмотрены в книге «Применение цифровой обработки сигналов» п\р Оппенгейма М. Мир. 1980 г. В блок 6 производится обнаружение сигнала прямого распространения, измерения времени прихода сигнала прямого распространения Тпр, угла прихода прямого сигнала α0 и переключение на режим обработки входных сигналов. Эти операции известны и используются в прототипе. Блок 6 представляет собой пороговый усилитель, который срабатывает при приходе сигнала прямого распространения, амплитуда которого существенно больше, чем амплитуда отраженных сигналов. Этот сигнал позволяет измерить время прихода по переднему входному фронту, а по номеру характеристики направленности определяется угол прихода прямого сигнала. Прямой сигнал большой амплитуды передается в блок 13 спектрального анализа, где определяется спектр входного сигнала. Как правило, спектр взрывного сигнала достаточно широкий, но для работы выбирается на частоте 1000 гц только часть спектра принятого сигнала в полосе удобной для дальнейшей обработки. Блок 13 может быть выполнен на основе известной процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ), которые обеспечивают выделение и измерение энергетического спектра сигнала.(«Применение цифровой обработки сигналов», изд. Мир М. 1990 г. стр. 296). Вполне достаточно для дальнейшей обработки является полоса порядка 300-400 Гц, что может быть откорректировано по результатам работы. Поскольку скорость движения обнаруживаемого объекта не известна, то необходима взаимно-корреляционная обработка в определенном диапазоне скоростей движения, для чего формируется банк опорных частот в интервале смещения частоты, вызванное возможной скоростью движения объекта, что и производится в блоке 14, выход которого соединен с блоком 7 многоканальной корреляционной обработки, где проводится взаимнокорреляционная обработка принятых спектров эхосигналов с опорными частотами банка. После приема сигнала прямого распространения в блоке 6 осуществляется коммутация, которая автоматически включает в блоке 7 обработку приходящих из блока 4 эхосигналов. Измерение взаимно-корреляционной функции и определение коэффициента корреляции между процессами - известные операции, которое характеризуют степень схожести двух сигналов, и достаточно часто используются в современной технике. (Дж. Бендат, А. Пирсол «Измерение и анализ случайных процессов» Мир М 1971 стр. 44-47, стр. 196). На выходе блока 7 образуется массив корреляционных функций, которые могут содержать эхосигнал. При наличии эхосигнала корреляционная функция имеет максимальное значение, которое априорно не известно, но может быть определено при сравнении амплитуды выброса корреляционной функции с порогом, который можно выбрать по среднему значению всех выбросов корреляционной функции с учетом среднеквадратичного отклонения амплитуд всего массива выбросов корреляционной функции Апор=2(Аср+Аско), что определяется в блоке 15. Величина равная Амакс>Апор, будет гарантировать факт наличия эхосигнала. Для этого значения Амакс определяется момент времени и характеристика направленности, где обнаружен эхосигнал, что определит направление приема эхосигнала. Таким образом, будут получены все данные для определения дистанции по известной в прототипе формуле, а скорость объекта можно определить по частоте опорного сигнала, которому соответствует положение Амакс.В блоке 11 производится определение оценки дистанции и скорости по упрощенной формуле с учетом частоты выбора спектра обработки V=(Fэ.c-1000)\0,69 и класса обнаруженного объекта, которые передаются в блок 12 управления и отображения. Классификация осуществляется по правилу: если Fэc>Fcp объект подвижный и приближается, если Fэc<Fcp объект подвижный и удаляется, если Fэ.c=Fcp, то объект неподвижный. На второй вход блока 12 предается вся входная информация с выхода блока 4 без обработки для представления оператору.The device works as follows. Unit 12 turns on the system at the right time, checks its performance and displays the measurement results. The source of an explosive signal works in its normal mode and emits signals periodically at known points in time. The antenna 2 receives a forward propagation signal, which is amplified in block 3, converted to digital form and fed to block 4 of the static fan of the directional characteristics and then to block 5 of the special processor. The special processor is a well-known device that is designed to process information in digital form and contains a consistent solution of problems associated with the incoming information. Currently, almost all sonar equipment is performed on special processors that convert the acoustic signal into a digital form and digitally form the directivity characteristics, multichannel frequency processing and detection of the signal, as well as measuring echoes and time samples, and making a decision about the target. These issues are discussed in sufficient detail in the literature. (Yu.A. Koryakin, S.A. Smirnov, G.V. Yakovlev “Shipborne sonar equipment” St. Petersburg. “Nauka.” 2004. P. 95-99, pp. 237-255). The use of digital technology allows you to quickly process information of any complexity based on the developed algorithms. These issues are discussed in some detail in the book “The Application of Digital Signal Processing” by Oppenheim’s M. O. Mir. 1980. In block 6, the signal of direct propagation is detected, measurements of the time of arrival of a direct propagation signal T ol , the angle of arrival of the direct signal α 0 and switching to the processing mode of the input signals are performed. These operations are known and used in the prototype. Block 6 is a threshold amplifier that is triggered by the arrival of a direct propagation signal, the amplitude of which is substantially larger than the amplitude of the reflected signals. This signal allows you to measure the time of arrival on the leading front of the front, and the angle of arrival of the direct signal is determined by the number of the directional characteristic. The direct signal of large amplitude is transmitted to the spectral analysis unit 13, where the spectrum of the input signal is determined. As a rule, the spectrum of an explosive signal is wide enough, but for operation, only a part of the spectrum of a received signal in a band suitable for further processing is selected at 1000 Hz. Block 13 can be performed on the basis of the well-known fast Fourier transform (FFT) procedure, which provides for the selection and measurement of the energy spectrum of the signal. (“Application of digital signal processing”, published by Mir M. 1990, p. 296). Quite enough for further processing is the band of about 300-400 Hz, which can be adjusted according to the results of work. Since the motion speed of the detected object is not known, mutual correlation processing is necessary in a certain range of motion speeds, for which a reference frequency bank is formed in the frequency offset interval caused by the possible motion speed of the object, which is done in block 14, the output of which is connected to block 7 multichannel correlation processing, where mutual correlation processing of the received echo signal spectra with the bank reference frequencies is carried out. After receiving the forward propagation signal in block 6, the switching is carried out, which automatically includes in block 7 the processing of 4 echoes coming from the block. Measuring the mutual correlation function and determining the correlation coefficient between processes are well-known operations that characterize the degree of similarity of the two signals, and are often used in modern technology. (J. Bendat, A. Pirsol "Measurement and analysis of random processes" Mir M 1971 p. 44-47, p. 196). The output of block 7 forms an array of correlation functions that may contain an echo signal. In the presence of an echo signal, the correlation function has a maximum value, which is not known a priori, but can be determined by comparing the ejection amplitude of the correlation function with a threshold that can be selected by the average value of all emissions of the correlation function taking into account the standard deviation of the amplitudes of the entire array of emissions of the correlation function A then = 2 (A cf + A sko ), which is determined in block 15. A value equal to A max > A then will guarantee the fact of the presence of an echo signal. For this value of A max , the moment of time and the characteristic of the directivity where the echo signal is detected is determined, which will determine the direction of reception of the echo signal. Thus, all data are received to determine the distance from the known prior art in the formula, and the speed of the object can be determined from the frequency of the reference signal, which corresponds to position A poppy SW unit 11, a determination evaluation distance and speed by the simplified formula given spectrum frequency selection processing V = (Fe.c-1000) \ 0,69 and the class of the detected object, which are transmitted in block 12 of the control and display. Classification is carried out according to the rule: if the F ec > F cp object is movable and approaches, if the F ec <F cp object is movable and is deleted, if F ec = Fcp, then the object is fixed. To the second input of block 12, all input information from the output of block 4 is transmitted without processing for presentation to the operator.
Таким образом, используя последовательную процедуру обработки поступающих временных реализаций, определения корреляционных функций с использованием многоканальной корреляционной обработки можно определять скорость обнаруженного объекта при применении взрывного сигнала и провести классификацию обнаруженного объекта по скорости.Thus, using a sequential procedure for processing incoming time realizations, determining correlation functions using multi-channel correlation processing, you can determine the speed of a detected object using an explosive signal and classify the detected object by speed.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113392A RU2692841C1 (en) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | Hydro acoustic method for determining purpose parameters when using an explosive signal with a wireless communication system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113392A RU2692841C1 (en) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | Hydro acoustic method for determining purpose parameters when using an explosive signal with a wireless communication system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2692841C1 true RU2692841C1 (en) | 2019-06-28 |
Family
ID=67251732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018113392A RU2692841C1 (en) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | Hydro acoustic method for determining purpose parameters when using an explosive signal with a wireless communication system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2692841C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724962C1 (en) * | 2019-11-27 | 2020-06-29 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method of determining coordinates of a marine noisy target |
| RU2725517C1 (en) * | 2019-08-21 | 2020-07-02 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of processing and classifying hydrolocation information |
| RU2757075C1 (en) * | 2020-11-19 | 2021-10-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for determining change in speed of movement of noise-emitting object |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6040898A (en) * | 1995-06-20 | 2000-03-21 | Mrosik; Jan Michael | FMCW distance measurement process |
| US6836449B2 (en) * | 2002-09-06 | 2004-12-28 | Inesa East, Ltd. | Acoustic method and device for distance measurement |
| RU2541699C1 (en) * | 2013-09-25 | 2015-02-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Hydroacoustic method of distance measurement with help of explosive source |
| RU2546852C1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Hydroacoustic method of distance measurements using explosion signal |
| RU2603886C1 (en) * | 2015-08-25 | 2016-12-10 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of sea object sonar noise emission signals classifying |
-
2018
- 2018-04-12 RU RU2018113392A patent/RU2692841C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6040898A (en) * | 1995-06-20 | 2000-03-21 | Mrosik; Jan Michael | FMCW distance measurement process |
| US6836449B2 (en) * | 2002-09-06 | 2004-12-28 | Inesa East, Ltd. | Acoustic method and device for distance measurement |
| RU2541699C1 (en) * | 2013-09-25 | 2015-02-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Hydroacoustic method of distance measurement with help of explosive source |
| RU2546852C1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Hydroacoustic method of distance measurements using explosion signal |
| RU2603886C1 (en) * | 2015-08-25 | 2016-12-10 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of sea object sonar noise emission signals classifying |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Н.И. Сидняев, О.А. Шипилова. Воздействие подводного взрыва на гидродинамику и характер распространения возмущений. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. Инженерный журнал: наука и инновации. Номер 11, 2017. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725517C1 (en) * | 2019-08-21 | 2020-07-02 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of processing and classifying hydrolocation information |
| RU2724962C1 (en) * | 2019-11-27 | 2020-06-29 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method of determining coordinates of a marine noisy target |
| RU2757075C1 (en) * | 2020-11-19 | 2021-10-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for determining change in speed of movement of noise-emitting object |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7106656B2 (en) | Sonar system and process | |
| RU2473924C1 (en) | Method of detecting and classifying signal from target | |
| RU2692841C1 (en) | Hydro acoustic method for determining purpose parameters when using an explosive signal with a wireless communication system | |
| RU2650835C1 (en) | Method of the target parameters determining by the sonar | |
| RU2461020C1 (en) | Method for automatic classification | |
| RU2711406C1 (en) | Method of classification of hydro acoustic signals of marine objects noise emission | |
| RU2466419C1 (en) | Method of classifying sonar echo signal | |
| RU2535238C1 (en) | Method of synchronising emission and reception functions in bistatic sonar | |
| RU2690223C1 (en) | Method of determining coordinates of a marine noisy target | |
| RU2465618C1 (en) | Automatic classification system of short-range hydrolocator | |
| RU2541699C1 (en) | Hydroacoustic method of distance measurement with help of explosive source | |
| KR101534027B1 (en) | Sonar system and method for precisly performing target detection under circumstance without being known of target speed | |
| RU2546852C1 (en) | Hydroacoustic method of distance measurements using explosion signal | |
| RU2208811C2 (en) | Procedure to obtain information on noisy objects in sea | |
| RU2724962C1 (en) | Method of determining coordinates of a marine noisy target | |
| RU2460088C1 (en) | Method of detecting local object on background of distributed interference | |
| RU2624826C1 (en) | Method of classification of objects adapted to hydroacoustic conditions | |
| RU2626295C1 (en) | Automatic detection and classification system of short-range sonar | |
| RU2660219C1 (en) | Method of classifying sonar echo | |
| RU2674552C1 (en) | Sonar method of object detection and measurement of parameters thereof | |
| RU2627977C1 (en) | Method of object detection and measurement of its parameters | |
| RU2697937C1 (en) | Sonar method of detecting an object and measuring its parameters | |
| RU2612201C1 (en) | Method of determining distance using sonar | |
| RU2791152C1 (en) | Sonar method for object classification | |
| RU2660292C1 (en) | Method for determining object immersion depth |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210413 |