RU2711432C1 - Method of passive determination of coordinates of hydroacoustic radiation sources - Google Patents

Method of passive determination of coordinates of hydroacoustic radiation sources Download PDF

Info

Publication number
RU2711432C1
RU2711432C1 RU2018139240A RU2018139240A RU2711432C1 RU 2711432 C1 RU2711432 C1 RU 2711432C1 RU 2018139240 A RU2018139240 A RU 2018139240A RU 2018139240 A RU2018139240 A RU 2018139240A RU 2711432 C1 RU2711432 C1 RU 2711432C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
signals
coordinates
antenna
opi
Prior art date
Application number
RU2018139240A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лев Евгеньевич Гампер
Ольга Степановна Попова
Original Assignee
Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" filed Critical Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority to RU2018139240A priority Critical patent/RU2711432C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2711432C1 publication Critical patent/RU2711432C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: hydroacoustics.SUBSTANCE: invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in passive sonar in the radiation area of the source with circular (spherical, cylindrical) wave front, as well as in atmospheric acoustics and passive radar ranging. Actual task in these fields of engineering is observation and determination of coordinates – direction and range of a weak source in the presence of a strong interfering source. To this end, method of passive determination of coordinates of radiation sources is proposed, comprising reception of signals M by antennae, M≥3, located in space in a known manner, preliminary processing of signals of receivers and two-coordinate field-of-view indicator. From the outputs of the RS receivers, a channel for measuring and tracking the coordinates of the strong IS<α, D> and main channel. On each antenna of the RS from outputs of the IS tracking adder, a power density spectrum (PDS) Pand forming fan of Nof directed channels (DC) and from outputs of main channel DC adders of total power density meters (TPD) Cof signal from output of each p-th DC of m-th antenna with signal from output of IS adder are organized. In each of M×NDC at each frequency ƒstrong interfering source signal is rejected. Signals of the DC, which are thus "cleaned" from strong interference, are used to form a two-coordinate indicator array in a known manner (prototype) for detecting a signal mark of a weak source and determining its coordinates from the position of its maximum on the coordinate scales of the indicator.EFFECT: method is proposed for passive determination of hydroacoustic radiation sources coordinates.8 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в пассивной гидролокации в зоне излучения источника с круговым (сферическим, цилиндрическим) волновым фронтом, а также в атмосферной акустике и пассивной радиолокации. В этой области техники актуальной является задача обнаружения и определения координат слабого источника излучения в присутствии сильного мешающего источника.The present invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in passive sonar in the radiation zone of a source with a circular (spherical, cylindrical) wave front, as well as in atmospheric acoustics and passive radar. In this technical field, the task of detecting and determining the coordinates of a weak radiation source in the presence of a strong interfering source is relevant.

Известен способ [1, с. 28] пассивного определения направления на источник излучения с подавлением сильного мешающего сигнала в основном пространственном канале (ОК), для чего используется «опорный луч», ориентированный на локальный мешающий источник. Для ориентации суммируют сигналы приемников антенны с введением временных задержек, компенсирующих разность времен распространения сигнала от излучателя к приемникам. Сигналы с сумматора «опорного луча» используют для вычитания (режекции) мешающего сигнала в выходном сигнале каждого приемника ОК. Преимуществом этого способа является подавление мешающего сигнала в основном канале, что обеспечивает повышение выходного отношения сигнал/помеха, обнаружение слабого сигнала и определение его параметров. Недостатком этого способа является то, что для его использования требуется априорное знание не только направления на мешающий сигнал, но и на искомый слабый источник, которое до его обнаружения может быть неизвестно. Другой недостаток в том, что метод предназначен для «очистки» одного пространственного канала и для определения только одной координаты - направления при плосковолновом фронте сигналов. Способ не предусматривает функцию обзора и обнаружения в секторе направлений и интервале дистанций. Определение этим способом всех координат, в том числе дальности до источника в пределах зоны Френеля его поля, невозможно.The known method [1, p. 28] passively determining the direction to the radiation source with the suppression of a strong interfering signal in the main spatial channel (OK), for which a "reference beam" is used, oriented to a local interfering source. For orientation, summarize the signals of the antenna receivers with the introduction of time delays that compensate for the difference in the propagation times of the signal from the emitter to the receivers. The signals from the adder "reference beam" is used to subtract (notch) the interfering signal in the output signal of each OK receiver. The advantage of this method is the suppression of the interfering signal in the main channel, which provides an increase in the output signal-to-noise ratio, detection of a weak signal and determination of its parameters. The disadvantage of this method is that its use requires a priori knowledge of not only the direction to the interfering signal, but also the desired weak source, which may not be known before it is detected. Another disadvantage is that the method is designed to “clean” one spatial channel and to determine only one coordinate — the direction at the plane-wave front of the signals. The method does not provide a function of review and detection in the sector of directions and the interval of distances. The determination by this method of all coordinates, including the distance to the source within the Fresnel zone of its field, is impossible.

Известен способ определения направления α на объект [2, с. 255] с использованием антенной решетки из М приемных элементов, расположенной в плосковолновой зоне поля источника, на выходах которых имеет место смесь полезного сигнала и некоррелированной с ним мешающей локальной помехи. Метод приема основан на формировании веера характеристик направленности в окрестностях основного, «очищаемого» направления приема и в направлении на мешающий источник, оценке суммарного помехового сигнала в очищаемом направлении от локальных помех с других направлений αj, и режекции (вычитании) его из процесса на выходе обычного устройства формирования характеристики направленности (ФХН). Преимуществом этого способа является повышение отношения сигнал/помеха слабого источника на выходе «очищаемого канала» и точности определения направления на него на фоне распределенной помехи и мешающего локального источника. Метод не требует априорного знания направления на слабый источник. Недостаток этого метода в том, что предназначен для «очистки» одного пространственного канала и для определения только одной координаты - направления при плосковолновом фронте сигналов. Определение этим способом всех координат, в том числе дальности до источника в зоне Френеля его поля, невозможно.A known method for determining the direction of α to the object [2, p. 255] using an antenna array of M receiving elements located in the plane-wave zone of the source field, at the outputs of which there is a mixture of the useful signal and uncorrelated with it interfering local noise. The reception method is based on the formation of a fan of directivity characteristics in the vicinity of the main, “cleaned” reception direction and in the direction to the interfering source, estimation of the total interfering signal in the cleaned direction from local interference from other directions α j , and its rejection (subtraction) from the output process conventional device for the formation of directivity characteristics (PFN). The advantage of this method is to increase the signal-to-noise ratio of a weak source at the output of the “cleaned channel” and the accuracy of determining the direction of it against a background of distributed noise and an interfering local source. The method does not require a priori knowledge of the direction to a weak source. The disadvantage of this method is that it is designed to “clear” one spatial channel and to determine only one coordinate — the direction at the plane wave front of the signals. The determination by this method of all coordinates, including the distance to the source in the Fresnel zone of its field, is impossible.

Известен «Способ пассивного определения координат движущегося источника излучения» [3], включающий функцию слежения по двум координатам с обратной связью приемной системой (ПС) из М антенн, М≥3, фокусирование антенн ПС в точку предполагаемого расположения источника - «опорную» точку (ОТ) и двухкоординатный дискриминатор отклонения точки фокусировки от фактического значения координат источника. «Опорную» точку на i-ом цикле получают путем динамического сглаживания последовательности измерений на предыдущих циклах и прогнозирования на текущий цикл известными методами сглаживания последовательностей [4] или рекуррентными методами (например «фильтр Калмана»). Преимущество данного способа в том, что он обеспечивает пассивное определение координат - направления и дальности, автоматическое сопровождение движущегося источника излучения М-антенной приемной системой в зоне Френеля и суммарный выходной сигнал ПС, сфокусированной в точку текущего положения сопровождаемого источника излучения. Недостатки данного способа заключаются в том, что он не обеспечивает функции наблюдения в поле обзора источников, интересующих оператора, а также надежного определения координат слабого источника в присутствии излучения сильного мешающего источника.The well-known "Method of passive determination of the coordinates of a moving radiation source" [3], including the function of tracking along two coordinates with feedback by a receiving system (PS) from M antennas, M≥3, focusing the PS antennas to the point of the assumed source location - the "reference" point ( OT) and a two-coordinate discriminator of the deviation of the focus point from the actual value of the source coordinates. The “reference” point on the i-th cycle is obtained by dynamically smoothing the sequence of measurements in previous cycles and predicting the current cycle by known methods of smoothing sequences [4] or recurrent methods (for example, “Kalman filter”). The advantage of this method is that it provides passive determination of coordinates — direction and range, automatic tracking of the moving radiation source with an M-antenna receiving system in the Fresnel zone, and the total output signal of the PS focused at the point of the current position of the tracking radiation source. The disadvantages of this method are that it does not provide a monitoring function in the field of view of sources of interest to the operator, as well as reliable determination of the coordinates of a weak source in the presence of radiation from a strong interfering source.

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности общих признаков является «Способ пассивного определения координат источников излучения» [3], содержащий прием сигналов с круговым волновым фронтом линейной приемной системой (ПС) из М антенн (М≥3) с Nпр приемниками каждая, расположенных в пространстве известным образом, предварительную обработку включающую: синхронную дискретизацию, цифровое преобразование, циклическое дискретное преобразование Фурье (ПФ) выборок сигналов антенн объемом NПФ в массивы спектральных частотных отсчетов Xmk) в полосе приема ƒн≤ƒk≤ƒв, и двухкоординатный индикатор обзора в заданном секторе направлений <αmin, αmax> и интервале дальностей <Dmin, Dmax> с дискретной координатной сеткой (КС) <αр, Dq> размером P×Q. Для каждого pq-го узла координатной сетки вычисляют по формулам тригонометрии время распространения сигнала tmp, Dq, rm) к центрам каждой m-й антенны ПС с координатами ее центра rm, (m=1, …, М). По выборкам сигналов М антенн определяют (М2-М)/2 попарных функций взаимной корреляции (ПВКФ) Cmn(τ) сигналов пар антенн путем определения взаимных спектров плотности мощности (ПВКФ), умножения на коэффициент частотной характеристики hk и обратного преобразования Фурье всех ПВКФ и выполняют квадратичное детектирование выходных сигналов каждой антенны. Для каждого pq-го узла координатной сетки суммируют значения попарной взаимной корреляции сигналов всех (М2-М)/2 пар антенн путем считывания на шкале задержек τ (с применением интерполяции) значений полученных ПВКФ Cmn(τ) в точках τ=τmn(pq)=tmp, Dq, rm) - tnp, Dq, rn) и суммирования их удвоенного значения с результатами квадратичного детектирования сигналов каждой антенны, после чего все полученные суммарные значения для всех pq-x узлов выводят на координатную сетку индикатора. Координаты источников излучения определяют по положению максимумов сигнальных отметок на шкалах α и D координатной сетки индикатора.Closest to the proposed method for the totality of common features is the "Method of passive determination of the coordinates of radiation sources" [3], containing the reception of signals with a circular wave front by a linear receiving system (PS) of M antennas (M≥3) with N pr receivers each located space in a known manner, the pretreatment includes: synchronous sampling, digital conversion, cyclic discrete Fourier transform (PF) samples signals volume of antennas N in arrays PD spectral frequency ots etov X mk) in the receive band ƒ n ≤ƒ k ≤ƒ in and biaxial review indicator in a given sector areas <α min, α max> and the range of distances <D min, D max> with discrete coordinate grid (COP ) <α p , D q > of size P × Q. For each pq-th node of the coordinate grid, the signal propagation time t mp , D q , r m ) to the centers of each m-th antenna of the PS with the coordinates of its center r m , (m = 1, ..., M, is calculated by trigonometry formulas ) From the samples of the signals of the M antennas, (M 2 -M) / 2 pairwise cross-correlation functions (PVKF) C mn (τ) of the signal pairs of the antennas are determined by determining the mutual power density spectra (PVKF), multiplying by the frequency response coefficient h k and the inverse Fourier transform all PVKF and perform quadratic detection of the output signals of each antenna. For each pqth node of the coordinate grid, the pairwise cross-correlation values of the signals of all (M 2 -M) / 2 pairs of antennas are summarized by reading the values of the received PVKF C mn (τ) at the points τ = τ mn on the delay scale τ (using interpolation) (pq) = t mp , D q , r m ) - t np , D q , r n ) and summing their double value with the results of quadratic detection of signals of each antenna, after which all the resulting total values for all pq-x nodes are displayed on the coordinate grid of the indicator. The coordinates of the radiation sources are determined by the position of the maximums of the signal marks on the scales α and D of the indicator coordinate grid.

Преимущество этого способа в том, что он обеспечивает одновременное наблюдение положения источников в двухкоординатном поле в заданных его границах по направлению и дальности. Недостатком является то, что при наличии в этом поле сильного мешающего источника (МИ) из-за высокого уровня боковых лепестков его сигнальной отметки сигнал слабого источника не наблюдается, не обнаруживается и определение его параметров невозможно.The advantage of this method is that it provides simultaneous observation of the position of sources in a two-coordinate field in its specified boundaries in direction and range. The disadvantage is that if there is a strong interfering source (MI) in this field due to the high level of the side lobes of its signal mark, the signal of the weak source is not observed, it is not detected and its parameters cannot be determined.

Задачей изобретения является пассивное определение координат - направления и дальности слабого источника излучения М-антенной приемной системой в зоне Френеля при наличии в поле наблюдения сильного МИ.The objective of the invention is the passive determination of coordinates - the direction and range of a weak radiation source by the M-antenna receiving system in the Fresnel zone in the presence of a strong MI in the field of view.

Техническим результатом изобретения является обнаружение, наблюдение и определение координат (направления и дальности) местоположения слабого источника в зоне Френеля в присутствии сильного мешающего источника.The technical result of the invention is the detection, observation and determination of the coordinates (direction and range) of the location of a weak source in the Fresnel zone in the presence of a strong interfering source.

Для обеспечения указанного технического результата в способ пассивного определения координат источников гидроакустического излучения, включающий прием гидроакустических сигналов системой (ПС) из М антенн, М≥3, с Nпр приемниками каждая, расположенными в пространстве известным образом, предварительную обработку (ПО) сигналов приемников, образование на каждой антенне дискретного веера направленных каналов (НК) путем фазирования в направлениях αmp и суммирования на каждой частоте ƒk сигналов Nпр приемников каждой m-й антенны в секторе обзора αminmpmax, (m=1, …, М, p=1, …, Р), и визуализацию на двухкоординатном индикаторе обзора в координатной сетке (КС) <αр, Dq> размером P×Q (q=1, …, Q) с предварительным расчетом взаимной разности времен прихода сигнала к центрам каждой пары m-й и n-й антенн τmn(pq)=tmp,Dq,rm) - tnp,Dq, rn), введены следующие новые признаки: с выходов ПО приемников каждой из антенн ПС выполняют измерение мешающего сигнала (МИ), путем фокусирования ПС в точку текущего расположения МИ, для чего применяют измерение и автоматическое слежение за изменяющимися координатами МИ, а затем суммирование сфокусированных сигналов приемников ПС, выполняют режекцию выходных сигналов НК каждой антенны ПС от сигнала МИ путем взвешенного вычитания измеренного мешающего сигнала из выходных сигналов НК с весовыми коэффициентами, равными отношению оценки взаимного спектра плотности мощности сигналов каждого НК с сигналом МИ, на каждой частоте ƒk, к оценке спектра плотности мощности сигнала МИ, после чего формируют двухкоординатный индикаторный массив (ИМ) путем суммирования в каждой pq-й его ячейке результатов попарного перемножения на каждой частоте ƒk сигналов с выходов каждого р-го НК m-й антенны на комплексно-сопряженный сигнал р-го НК n-й антенны с компенсацией взаимных разностей времен прихода сигнала из pq-й точки расположения МИ к центрам каждой пары m-й и n-й антенн и выводят его на индикатор, а координаты искомого слабого источника излучения определяют по положению максимума сигнальной отметки, полученной предлагаемым здесь способом, на шкалах α и D координатной сетки индикатора.To ensure the specified technical result, a method for passively determining the coordinates of hydroacoustic radiation sources, including receiving hydroacoustic signals by a system (M) of M antennas, M≥3, with N pr receivers each located in space in a known manner, preprocessing (PO) the signals of the receivers, the formation on each antenna of a discrete fan of directional channels (NC) by phasing in the directions α mp and summing at each frequency ƒ k signals N pr receivers of each m-th antenna in the sector ora α minmpmax , (m = 1, ..., M, p = 1, ..., P), and visualization on the two-coordinate viewing indicator in the coordinate grid (CS) <α p , D q > of size P × Q (q = 1, ..., Q) with preliminary calculation of the mutual difference of the signal arrival times to the centers of each pair of the mth and nth antennas τ mn (pq) = t mp , Dq, r m ) - t np , D q , r n ), the following new features have been introduced: from the outputs of the receivers of each of the antennas of the MS, the interfering signal (MI) is measured by focusing the MS at the point of the current MI location, for which measurement and automatic tracking of changing M coordinates and then summing the focused signals of the PS receivers, they perform the rejection of the NK output signals of each PS antenna from the MI signal by weighted subtraction of the measured interfering signal from the NK output signals with weight coefficients equal to the ratio of the estimated mutual power density spectrum of the signals of each NK with the MI signal, on each frequency ƒ k, to estimate the power spectrum density of the MI signal, and then forming a two-coordinate array of indicator (MI) by summing each of its pq-th cell pairwise results eremnozheniya at each frequency ƒ k signals from the outputs of each p-th NC m-th antenna by the complex conjugate signal of the pth NK n-th antenna with compensation mutual TDOA signal from pq-th MI location points to the centers of each pair m -th and n-th antennas and bring it to the indicator, and the coordinates of the desired weak radiation source are determined by the position of the maximum signal mark obtained by the method proposed here, on the scales α and D of the indicator coordinate grid.

При измерении сигнала МИ целесообразно фазировать ПС в точку предполагаемого на данный момент расположения МИ <αmМИ, DМИ>, для чего на каждом цикле ПФ все приемники каждой m-й антенны сначала компенсируют традиционным способом, как для плосковолнового поля сигнала на направлениях αmМИ и суммируют, получая вектор сигналов М антенн, направленных на МИ, затем вычисляют по формулам тригонометрии время tmmМИ, DМИ, rm) распространения сигнала от МИ к центрам каждой антенны ПС с координатами rm(m=1, …, М), фазируют в точку <αmМИ, DМИ> эти суммарные сигналы М антенн, с коэффициентом компенсации времен tmmМИ, DМИ, rm) и суммируют их, получая сфокусированный сигнал ПС из предполагаемой точки расположения МИ.When measuring the MI signal, it is advisable to phase the PS to the point of the currently assumed location of MI <α mMI , D MI >, for which, on each PF cycle, all receivers of each m-th antenna are first compensated in the traditional way, as for a plane-wave signal field in directions α mMI and summarize, receiving the vector of signals of M antennas directed at MI, then calculate, according to the trigonometry formulas, the time t mmMI , D MI , r m ) of the signal propagation from MI to the centers of each MS antenna with coordinates r m (m = 1, ... , M), phasing the point <α mMI, D MI> these Summary M antenna signals with the compensation coefficient times t mmMI, D MI, r m) and summing them to give a focused signal PS from the assumed location of the points MI.

Для отслеживания текущих координат точки предполагаемого расположения МИ <αmМИ, DМИ>, если она перемещается, может быть использовано фокусирование антенн ПС в предполагаемую на данном i-м цикле ПФ точку расположения МИ <αопi, Dопi> {«опорную» точку (ОТ), получаемую путем динамического сглаживания [4] измерений по предыдущим циклам ПФ} и оценку величин δαi, δDi отклонения координат ОТ от неизвестного фактического значения координат МИ, используя выборку сигнала Xi текущего цикла ПФ и двухкоординатный дискриминатор направления αМИ и дальности DМИ. Определяют оценки αi *, Di *, корректируя αопi, Dопi на величину δαi, δDi, соответственно, а текущие координаты источника излучения αМИ(ti), DМИ(ti) на момент i-го цикла и прогноз опорных значений αопi+1, Dопi+1 на следующий (i+1)-й цикл определяют по результатам динамического сглаживания [4] последовательностей оценок координат на предыдущих циклах.To track the current coordinates of the point of the proposed location of MI <α mMI , D MI >, if it moves, focusing of PS antennas can be used at the location point MI <α opi , D opi >{"reference" point assumed at this i-th PF cycle (OT) obtained by dynamically smoothing [4] measurements from previous PF cycles} and estimating the values δ αi , δ Di of the deviation of the OT coordinates from the unknown actual value of the MI coordinates, using the signal X i of the current PF cycle and the two-coordinate direction discriminator α MI and long range ty D mi . Estimates of α i * , D i * are determined by adjusting α opi , D opi by δ αi , δ Di , respectively, and the current coordinates of the radiation source α MI (t i ), D MI (t i ) at the time of the i-th cycle and the forecast of reference values α opi + 1 , D opi + 1 for the next (i + 1) -th cycle is determined by the results of dynamic smoothing [4] of sequences of coordinate estimates on previous cycles.

Для определения оценок отклонения δαi, δDi, на i-ом цикле ПФ используют (M2-M)/2 нечетных попарных взаимно-корреляционных функций (НВКФ) С'mni (τ) сигналов m-ых и n-ых антенн (m, n=1, …, М, m<n) на дискретной шкале задержек τ, для чего определяют комплексные частотные элементы взаимного спектра плотности мощности (ВСПМ) каждой mn-й пары антенн i-го цикла, умножают на коэффициент частотной характеристики hk и на частоту ƒk, выполняют их осреднение за J циклов ПФ, отдельно для реальной и мнимой части, и выполняют обратное преобразование Фурье. Затем сканируют величины α=αr по r=±1, 2, … и D=Ds по s=±1, 2, … в окрестностях αопi и Dопi с заданным шагом Δα и ΔD соответственно, определяя по формулам тригонометрии в каждой точке сканирования значения τmnir, Dопi) и τmniопi, Ds) соответственно, весовые коэффициенты и wαmnr и wDmns, равные производным wαmnr=∂τmnr, Dопi)/∂α и wDmns=∂τmnопi, Ds)/∂D соответственно, и выходные значения дискриминаторов zαr) и zD(Ds) соответственно, находят положения нулевых значений

Figure 00000001
на шкалах α и D соответственно (используя интерполяцию) а отклонения δαi и δDi, определяют по отстоянию положения нулевых точек
Figure 00000002
и
Figure 00000003
от опорных значений αопi, Dопi на шкалах α=αr и D=Ds соответственно.To determine the estimates of the deviation δ αi , δ Di , on the i-th PF cycle, use (M 2 -M) / 2 odd pairwise cross-correlation functions (NVKF) C ' mni (τ) of the signals of the m-th and n-th antennas ( m, n = 1, ..., M, m <n) on a discrete scale of delays τ, for which the complex frequency elements of the mutual power density spectrum (VSPM) of each mn-th antenna pair of the i-th cycle are determined, multiplied by the frequency response coefficient h k and the frequency ƒ k , perform their averaging over J PF cycles, separately for the real and imaginary parts, and perform the inverse Fourier transform. Then, the values α = α r are scanned for r = ± 1, 2, ... and D = D s for s = ± 1, 2, ... in the vicinity of α opi and D opi with a given step Δ α and Δ D, respectively, determined by the formulas trigonometry at each scan point, the values are τ mnir , D opi ) and τ mniopi , D s ), respectively, weight coefficients and w αmnr and w Dmns equal to the derivatives w αmnr = ∂τ mnr , D opi ) / ∂α and w Dmns = ∂τ mnopi , D s ) / ∂D, respectively, and the output values of the discriminators z αr ) and z D (D s ), respectively, find the positions of zero values
Figure 00000001
on the scales α and D, respectively (using interpolation), and the deviations δ αi and δ Di are determined by the distance from the position of the zero points
Figure 00000002
and
Figure 00000003
from the reference values α opi , D opi on the scales α = α r and D = D s, respectively.

Выходные значения дискриминаторов zαr) и zD(Ds) определяют путем считывания значений

Figure 00000004
в точках τ=τα=τmnir, Dопi) и τ=τDmniопi, Ds) соответственно (используя интерполяцию), и суммирования их по индексу mn в каждой точке αr и Ds с весовыми коэффициентами wαmnr и wDmns соответственно.The output values of the discriminators z αr ) and z D (D s ) are determined by reading the values
Figure 00000004
at the points τ = τ α = τmnir , D opi ) and τ = τ D = τ mniop , D s ), respectively (using interpolation), and summing them over the index mn at each point α r and D s with weights w αmnr and w Dmns, respectively.

Для режекции сигнала МИ из выходных сигналов НК целесообразно на каждом i-м цикле ПФ выполнить оценку спектра плотности мощности (СПМ) Pok сигнала МИ и взаимных спектров плотности мощности (ВСПМ) сигналов каждого НК с сигналом МИ Compk путем умножения на каждой частоте ƒk сигнала с выхода сумматора МИ yoki на его сопряженное значение y* oki и затем осреднения за время Тн, а измерения ВСПМ Compk производят путем умножения сигнала с выхода каждого р-го НК m-й антенны ympk(t) на комплексно-сопряженный сигнал с выхода сумматора МИ y* ok(t) и осреднения за время Режекцию выходных сигналов с сумматоров НК целесообразно выполнить на текущем цикле ПФ путем вычитания сигнала с выхода сумматора МИ из выходных сигналов НК на каждой частоте ƒk с коэффициентом, равным отношению величины ВСПМ сигналов каждого mp-го НК Compk к величине оценки СПМ сигнала МИ Pok.For rejection of the MI signal from the output signals of the NK, it is advisable to evaluate the power density spectrum (PSD) P ok of the MI signal and the mutual power density spectra (PSKM) of the signals of each NK with the MI signal C ompk at each i-th PF cycle by multiplying at each frequency ƒ k of the signal from the output of the adder MI y oki to its conjugate value y * oki and then averaging over the time T n , and the SCAM C ompk measurements are performed by multiplying the signal from the output of each rth ND m-th antenna y mpk (t) by the complex -conjugate signal from the output of the adder MI y * ok (t) and averaging over time It is advisable to perform a notch of output signals from NK adders at the current PF cycle by subtracting the signal from the output of the MI adder from the NK output signals at each frequency ƒ k with a coefficient equal to the ratio of the VSPM signals of each mp NK C ompk to the estimate value of the MPS signal MI P ok .

Сигналы НК, «очищенные» от сильной помехи, можно использовать для формирования двухкоординатного индикаторного массива. Например, путем попарного перемножения на i-ом цикле ПФ на каждой частоте ƒk сигналов с выходов каждого p-го НК m-й антенны на комплексно-сопряженный сигнал р-го НК n-й антенны с умножением на коэффициент частотной характеристики hk и на коэффициент компенсации разности времен прихода сигнала к центрам m-й и n-й антенн. Затем выполняют суммирование по частоте ƒk (т.е. по k) и по индексу mn для каждого pq-го узла координатной сетки. Затем ИМ накапливают за заданное время Т (заданное число циклов ПФ) и выдают на индикатор, а координаты источника излучения определяют по положению максимума сигнальной отметки, полученной предлагаемым способом, на шкалах α и D координатной сетки индикатора.NK signals, "cleared" of strong interference, can be used to form a two-coordinate indicator array. For example, by pairwise multiplying at the i-th PF cycle at each frequency ƒ k the signals from the outputs of each p-th NK antenna of the m-th antenna by the complex conjugate signal of the r-th NK antenna of the n-th antenna with multiplication by the frequency response coefficient h k and the compensation coefficient of the difference in the times of arrival of the signal to the centers of the mth and nth antennas. Then the summation is performed over the frequency ƒ k (i.e., over k) and over the index mn for each pqth node of the coordinate grid. Then, the MI is accumulated for a given time T (a given number of PF cycles) and output to the indicator, and the coordinates of the radiation source are determined by the position of the maximum signal mark obtained by the proposed method on the scales α and D of the indicator coordinate grid.

Новизна предлагаемого решения заключается в том, что в известном способе пассивного определения координат источников излучения, содержащем прием сигналов М антеннами, М≥3, предварительную обработку сигналов приемников, образование на каждой антенне дискретного веера направленных каналов (НК) на каждой m-й антенне в направлениях αmp в секторе обзора и визуализацию на двухкоординатном индикаторе обзора в координатной сетке (КС) <αр, Dq> используют измерение сигнала сильного мешающего источника (МИ), путем слежения за точкой текущего расположения МИ и фокусирования ПС в эту точку <αo, Do>. Суммарный выходной сигнал измерения МИ используют для режекции мешающего сигнала в основных каналах. Для этого на каждой антенне ПС с выходов сумматора измерения МИ выполняют измерение спектра плотности мощности (СПМ) Poko), а с выходов сумматоров НК антенн измеряют взаимные спектры плотности мощности (ВСПМ) Cmokр) сигнала с выхода каждого р-го НК m-й антенны с сигналом с выхода сумматора измерения МИ. Сигналы с выходов всех каналов измерения Poko) и Cmokр) усредняют в течение заданного разработчиком времени накопления Tн. На каждом i-ом цикле ПФ в каждом из М × Nпк НК на каждой частоте ƒk производят режекцию сигнала сильного МИ путем вычитания его из сигнала с выхода сумматора каждого НК с коэффициентом, равным отношению Cmokp) к Pokоп):The novelty of the proposed solution lies in the fact that in the known method for passively determining the coordinates of radiation sources, comprising receiving signals by M antennas, M≥3, preliminary processing of the signals of the receivers, the formation of a discrete fan of directional channels (NK) on each antenna on each m-th antenna in α mp directions in the viewing sector and visualization on the two-coordinate viewing indicator in the coordinate grid (CS) <α p , D q > use the measurement of the signal of a strong interfering source (MI) by tracking the point of the current location MI and focusing PS at this point <α o , D o >. The total output signal of the MI measurement is used to reject the interfering signal in the main channels. To this end, at each PS antenna, the power density spectrum (PSD) P oko ) is measured from the outputs of the MI measurement adder, and the mutual power density spectra (PSMP) C mokp ) of the signal from the output of each r-NK m-th antenna with a signal from the output of the adder measurement MI. The signals from the outputs of all measurement channels P oko ) and C mokp ) are averaged over the accumulation time T n specified by the developer. At each i-th PF cycle in each of M × N pc NK at each frequency ƒ k , the strong MI signal is rejected by subtracting it from the signal from the output of the adder of each NK with a coefficient equal to the ratio C mokp ) to P ok ( α op ):

Figure 00000005
Figure 00000005

Двухкоординатный индикаторный массив организуют путем попарного перемножения на i-ом цикле ПФ и обработки на каждой частоте ƒk сигналов с выходов каждого р-го НК m-й антенны на комплексно-сопряженный сигнал р-го НК n-й антенны с умножением на коэффициент частотной характеристики hk и на коэффициент компенсации разности времен прихода сигнала к центрам m-й и n-й антенн и затем суммирования по частоте ƒk (т.е. по k), затем суммирования по индексу mn для каждого pq-го узла координатной сетки:The two-coordinate indicator array is organized by pairwise multiplication on the i-th PF cycle and processing at each frequency ƒ k of the signals from the outputs of each r-th NK m-th antenna to the complex conjugate signal of the r-th NK n-th antenna with multiplication by a frequency coefficient characteristics h k and the compensation coefficient of the difference in the times of arrival of the signal to the centers of the mth and nth antennas and then summing over the frequency ƒ k (i.e., over k), then summing over the index mn for each pqth node of the coordinate grid :

Figure 00000006
Figure 00000006

Затем ИМ накапливают за заданное время Т (заданное число циклов ПФ) и выводят его на индикатор, а координаты источника излучения определяют по положению максимума сигнальной отметки, полученной предлагаемым способом, на шкалах α и D координатной сетки индикатора.Then, the MI is accumulated for a given time T (a given number of PF cycles) and displayed on the indicator, and the coordinates of the radiation source are determined by the position of the maximum signal mark obtained by the proposed method on the scales α and D of the indicator coordinate grid.

Введение новых признаков обеспечивает пассивное обнаружение, наблюдение и определение координат (направления и дальности) слабого источника излучения М-антенной ПС в зоне Френеля при наличии в поле наблюдения сильного мешающего источника.The introduction of new features provides passive detection, observation, and determination of the coordinates (direction and range) of a weak radiation source by the M-antenna of the PS in the Fresnel zone in the presence of a strong interfering source in the observation field.

Сущность изобретения поясняется рисунками фиг. 1÷4. На фиг. 1 показана схема устройства пассивного определения координат источника гидроакустического излучения, реализующего предлагаемый способ. На фиг. 2 - аксонометрическое изображение индикаторного массива при наличии в поле наблюдения двух источников излучения с обработкой по способу прототипа (а) и по предлагаемому способу (б). На фиг. 3 - индикаторная картина при обработке по способу прототипа (а) и по предлагаемому способу (б). На фиг 2 и 3: 10 - главный лепесток сигнальной отметки МИ (на фиг. 2б он режектирован), 11 - место расположения сигнальной отметки (СО) источника S (на фиг. 2а и 3а он не наблюдается, подавлен помехой), 12 - поле суммарной помехи (фоновый шум акватории + шум МИ), 13 - поле фонового шума (он виден на фиг. 2б и 3б, т.к. шум МИ режектирован). На фиг. 4 - сечения индикаторного массива: а- по направлению α и б - по дальности D при обработке по способу прототипа (верхние графики, с шумом МИ) и по предлагаемому способу (нижние графики, где шум МИ режектирован). Для наглядности графики обработки по прототипу (верхние) и по предлагаемому способу (нижние) приведены на одной шкале и в логарифмическом масштабе.The invention is illustrated by drawings of FIG. 1 ÷ 4. In FIG. 1 shows a diagram of a device for passively determining the coordinates of a source of hydroacoustic radiation that implements the proposed method. In FIG. 2 - axonometric image of the indicator array in the presence in the field of view of two radiation sources with processing by the method of the prototype ( a ) and by the proposed method (b). In FIG. 3 - indicator picture when processing by the method of the prototype ( a ) and by the proposed method (b). Figure 2 and 3: 10 - main lobe MI signal mark (. FIG 2b it rezhektirovan), 11 - signal mark location (SB) of the source S (Figure 2 a and 3 but it is not observed, is suppressed interference.) 12 - field of total interference (background noise of the water area + MI noise), 13 - field of background noise (it is visible in Figs. 2b and 3b, because the noise of the MI is rejected). In FIG. 4 - sections of the indicator array: a - in the direction α and b - in the range D during processing by the prototype method (upper graphs, with MI noise) and the proposed method (lower graphs, where MI noise is notched). For clarity, the processing schedules for the prototype (upper) and for the proposed method (lower) are given on the same scale and in a logarithmic scale.

Устройство (фиг. 1), реализующее заявленный способ содержит: 1 - ПС из М антенн А1÷АМ с Nпр приемниками каждая и с модулями предварительной обработки; 2 - канал измерения МИ, включающий: формирователь 2.1 характеристик направленности (ФХН) антенн ПС в направлении αМИ и фазирование ПС в точку <αМИ, DМИ> и двухкоординатный дискриминатор 2.2 определения и слежения за координатами МИ; 3 - формирователь характеристик направленности вееров НК 8.1÷8.М на каждой антенне, 9.1÷9М - направления на МИ характеристик направленности измерения МИ на каждой антенне; 4 - модуль оценки ВСПМ сигналов с выходов НК с сигналом с выхода измерения МИ; 5 - модуль оценки СПМ сигнала МИ Poko); 6 - модуль режекции сигнала МИ из сигналов НК; 7 - блок формирования индикаторного массива: 7.1 - вычислитель, 7.2 - блок формирования индикаторного массива, 7.3 - индикатор, 7.4 - блок управления.A device (Fig. 1) that implements the claimed method comprises: 1 - PS from M antennas A 1 ÷ A M with N pr receivers each and with pre-processing modules; 2 - a MI measurement channel, including: a shaper 2.1 of directional characteristics (PCN) of PS antennas in the direction of α MI and phasing of the PS to the point <α MI , D MI > and two-coordinate discriminator 2.2 for determining and tracking the coordinates of the MI; 3 - shaper of directivity characteristics of NK 8.1 ÷ 8.M fans on each antenna, 9.1 ÷ 9M - directions to MI of the directivity characteristics of MI measurement on each antenna; 4 - module for evaluating the VSPM signals from the outputs of the NK with the signal from the output of the MI measurement; 5 - module for evaluating the PSD signal MI P oko ); 6 - module for rejection of the MI signal from NK signals; 7 - indicator array forming unit: 7.1 - calculator, 7.2 - indicator array forming unit, 7.3 - indicator, 7.4 - control unit.

Реализацию предлагаемого способа пассивного определения координат источника гидроакустического излучения удобно показать на примере работы устройства, схема которого изображена на фиг. 1.The implementation of the proposed method for the passive determination of the coordinates of the source of hydroacoustic radiation is conveniently shown by the example of the operation of the device, a diagram of which is shown in FIG. 1.

Приемная система ПС 1 из М антенн (А1÷АМ) по Nпр элементов каждая принимает акустические сигналы, содержащие распределенные шумы акватории и шумы локальных источников излучения, преобразует их в электрические сигналы и подвергает предварительной обработке, включающей: синхронную дискретизацию, цифровое преобразование, циклическое дискретное преобразование Фурье в полосе приема ƒн≤ƒk≤ƒв. Эти сигналы поступают параллельно на входы ФХН МИ 2.1 блока 2 и на блок 3 - формирования вееров ФХН НК на каждой антенне.The receiving system PS 1 of M antennas (A 1 ÷ A M ) of N pr elements each receives acoustic signals containing distributed noise of the water area and the noise of local radiation sources, converts them into electrical signals and preprocesses them, including: synchronous sampling, digital conversion , cyclic discrete Fourier transform in the reception band ƒ n ≤ƒ k ≤ƒ c . These signals are sent in parallel to the inputs of the FSH MI 2.1 of block 2 and to block 3 — the formation of fans of the FSH NK on each antenna.

Блок 2 осуществляет измерение сигнала ПС, сфокусированной в точку расположения сильного МИ, и автоматическое слежение за его координатами (АСК МИ). АСК МИ не подвержен преобразованиям сигналов, производимых далее в НК. Автоматически определяемые и сопровождаемые координаты МИ αМИ, DМИ передаются в блок управления 7.4.Block 2 performs the measurement of the signal of the PS, focused at the point of location of a strong MI, and automatic tracking of its coordinates (ASK MI). ASK MI is not subject to signal transformations produced further in the NK. The automatically determined and followed coordinates of the MI α MI , D MI coordinates are transmitted to the control unit 7.4.

В блоке 3 на каждой антенне выполняется формирование вееров ХН НК, каждый из которых скомпенсирован на одно из дискретных направлений αр в заданном поле обзора αminpmax.In block 3, on each antenna, the formation of ND HF fans is performed, each of which is compensated for one of the discrete directions α p in a given field of view α minpmax .

С выходов блока 2 измерения МИ сигналы ПС, сфокусированной в точку расположения МИ поступают в блок 5 - измерения спектра плотности мощности (СПМ) Poko), в блок 4 измерения взаимных спектров плотности мощности (ВСПМ) Cmokр) сигналов с выходов каждого р-го НК m-й антенны с сигналом с выхода сумматора МИ с осреднением их за заданное время Тн, и в блок 6 - режекции МИ.From the outputs of unit 2 for measuring MI, the signals of the PS focused at the point of location of MI arrive in unit 5 for measuring the power density spectrum (PSD) P oko ), in unit 4 for measuring the mutual spectra of power density (PSMP) C mokp ) signals from the outputs of each r-th NK m-th antenna with a signal from the output of the adder MI with averaging them for a given time T n , and in block 6 - notch MI.

С выходов сумматоров ФХН НК блока 3 поступают в блок 4 и в блок 6, где на каждом цикле ПФ выполняют режекцию (на всех частотах ƒk) сигнала МИ из сигналов всех НК всех антенн путем вычитания сигнала МИ с весом Poko)/Cmokp) из сигналов НК. «Очищенные» таким образом сигналы ПК всех антенн ПС поступают в блок 7, где в 7.2 выполняют формирование индикаторного массива, индикацию 7.3 и определение координат источника по шкалам координатной сетки индикатора и управление 7.4, обеспечивающее назначение некоторой сигнальной отметки (СО) как МИ, сектор поиска в ее окрестностях СО слабых источников и управление параметрами основного канала 3÷7.From the outputs of the adders of the FHN, the NK of block 3 are sent to block 4 and to block 6, where on each PF cycle, the MI signal is cut (at all frequencies ƒ k ) from the signals of all NK of all antennas by subtracting the MI signal with weight P oko ) / C mokp ) from NK signals. Thus, the PC signals of all the PS antennas “cleaned” in this way go to block 7, where in 7.2 they perform the formation of the indicator array, indication 7.3 and determine the source coordinates according to the scales of the indicator coordinate grid and control 7.4, providing the assignment of a certain signal mark (CO) as MI, sector search in its vicinity WITH weak sources and control the parameters of the main channel 3 ÷ 7.

Работоспособность предлагаемого способа пассивного определения координат иллюстрирует численный пример, визуальные и количественные результаты которого показаны на рисунках и графиках фиг. 2-4.The operability of the proposed method for the passive determination of coordinates is illustrated by a numerical example, the visual and quantitative results of which are shown in the figures and graphs of FIG. 2-4.

В численном примере использованы:In the numerical example used:

Количество антенн М=5; Базовый размер ПС В = 60 м (4×15 м); Число приемников в каждой антенне Nпр=20, интервал между приемниками d≈λв/2, где λв - длина волны на верхней частоте диапазона приема.The number of antennas M = 5; The base size of the PS B = 60 m (4 × 15 m); The number of receivers at each antenna etc. N = 20, the spacing between receivers in d≈λ / 2, where λ in - the wavelength at the upper reception frequency range.

Координаты МИ: <16°, 6.0 км> ; координаты интересующего слабого источника <18°, 2.2 км>MI coordinates: <16 °, 6.0 km>; coordinates of the weak source of interest <18 °, 2.2 km>

В точке приема уровень МИ больше уровня S в 6 раз (по напряжению), полоса частот слабого сигнала и МИ 3.0÷8.0 кГц.At the receiving point, the MI level is 6 times higher than the S level (voltage), the frequency band of the weak signal and MI 3.0 ÷ 8.0 kHz.

Соотношение уровней сигналов (S и МИ) и фоновой распределенной помехи в точке приема: ps/pф=0.5; рМИ/pф=3.The ratio of signal levels (S and MI) and background distributed noise at the receiving point: p s / p f = 0.5; p MI / p f = 3.

Результат режектирования сильного МИ по предлагаемому способу:The result of the rejection of a strong MI by the proposed method:

- уменьшение уровня СО сильного МИ и поля его боковых лепестков в ≈22 раза, практически до уровня фоновой помехи (фиг. 2, 3).- a decrease in the CO level of a strong MI and the field of its side lobes by ≈22 times, almost to the level of background noise (Fig. 2, 3).

- Уменьшение уровня суммарной помехи (фоновой + шум МИ) в секторе наблюдения в ≈25.12 раза (фиг. 4), возможность наблюдения и других слабых источников в этом секторе. Следует подчеркнуть, что блок 2 фиг. 1 автоматического слежения за координатами МИ не подвержен преобразованиям подавления МИ, производимых далее в блоках 3,4 и 6 и выдает неискаженные данные о МИ в блок управления 7.4.- Reducing the level of total interference (background + MI noise) in the observation sector by ≈25.12 times (Fig. 4), the possibility of observing other weak sources in this sector. It should be emphasized that block 2 of FIG. 1, automatic tracking of MI coordinates is not subject to MI suppression transformations performed further in blocks 3.4 and 6 and provides undistorted MI data to the control unit 7.4.

- Устойчивое восстановление СО слабого сигнала интересующего источника на индикаторе и определение его координат: фиг. 4а - направления, 4б - дальности, нижние графики.- Sustainable CO reconstruction of a weak signal of a source of interest on the indicator and determination of its coordinates: FIG. 4 and - directions, 4b - range, lower graphics.

Использованные источникиUsed sources

1. Г.С. Малышкин. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов. Том 1. Сс. 33-43. СПб, ОАО «Концерн «Электроприбор». 2011.1. G.S. Malyshkin. Optimal and adaptive methods for processing sonar signals. Volume 1. SS. 33-43. St. Petersburg, JSC Concern Elektropribor. 2011.

2. Способ пассивного определения координат движущегося источника излучения. Патент №2507831. Россия. ОАО «Концерн «Океанприбор». МПК J01S 3/80. Дата регистрации 29.06.2017 г.2. A method for passively determining the coordinates of a moving radiation source. Patent No. 2507831. Russia. OJSC Concern Okeanpribor OJSC. IPC J01S 3/80. Registration Date 06/29/2017

3. Способ пассивного определения координат источников излучения. Патент №2507531. Россия. ОАО «Концерн «Океанприбор». МПК G01S 3/80. Приоритет 08.11.2012, зарегистрирован 20.02.14 г.3. The method of passive determination of the coordinates of radiation sources. Patent No. 2507531. Russia. OJSC Concern Okeanpribor OJSC. IPC G01S 3/80. Priority 11/08/2012, registered 02/20/14

4. Кузьмин С.З. Цифровая обработка радиолокационной информации. М.: Сов. радио. 1967.4. Kuzmin S.Z. Digital processing of radar information. M .: Sov. radio. 1967.

Claims (8)

1. Способ пассивного определения координат источников гидроакустического излучения, включающий прием гидроакустических сигналов системой (ПС) из М антенн, М≥3, с Nпр приемниками каждая, расположенными в пространстве известным образом, предварительную обработку (ПО) сигналов приемников, образование на каждой антенне дискретного веера направленных каналов (НК) путем фазирования в направлениях αmp и суммирования на каждой частоте ƒk сигналов Nпр приемников каждой m-й антенны в секторе обзора αminmpmax, (m=1, …, М, р=1, …, Р), и визуализацию на двухкоординатном индикаторе обзора в координатной сетке (КС) <αр, Dq> размером P×Q (q=1, …, Q) с предварительным расчетом взаимных разностей времен прихода сигнала к центрам каждой пары m-й и n-й антенн τmn(pq)=tmp,Dq,rm)-tnp,Dq rn), отличающийся тем, что с выходов ПО приемников каждой из антенн ПС выполняют измерение мешающего сигнала (МИ), путем фокусирования ПС в точку текущего расположения МИ, для чего применяют измерение и автоматическое слежение за изменяющимися координатами МИ, а затем суммирование сфокусированных сигналов приемников ПС, выполняют режекцию выходных сигналов НК каждой антенны ПС от сигнала МИ путем взвешенного вычитания измеренного мешающего сигнала из выходных сигналов НК с весовыми коэффициентами, равными отношению оценки взаимного спектра плотности мощности сигналов каждого НК с сигналом МИ на каждой частоте ƒk, к оценке спектра плотности мощности сигнала МИ, после чего формируют двухкоординатный индикаторный массив (ИМ) путем суммирования в каждой pq-й его ячейке результатов попарного перемножения на каждой частоте ƒk сигналов с выходов каждого р-го НК m-й антенны на комплексно-сопряженный сигнал p-го НК n-й антенны с компенсацией взаимных разностей времен прихода сигнала из pq-й точки расположения МИ к центрам каждой пары m-й и n-й антенн и выводят его на индикатор, а координаты искомого слабого источника излучения определяют по положению максимума сигнальной отметки, полученной предлагаемым здесь способом, на шкалах α и D координатной сетки индикатора.1. The method of passive determination of the coordinates of sources of hydroacoustic radiation, including the reception of hydroacoustic signals by a system (PS) of M antennas, M≥3, with N pr receivers each located in space in a known manner, pre-processing (PO) the signals of the receivers, the formation of each antenna discrete fan of directional channels (NC) by phasing in the directions α mp and summing at each frequency ƒ k the signals N pr of the receivers of each m-th antenna in the viewing sector α minmpmax , (m = 1, ..., M, p = 1, ..., P), and visualization on d vuhko-coordinate indicator of the survey in the coordinate grid (CS) <α p , D q > size P × Q (q = 1, ..., Q) with a preliminary calculation of the mutual differences of the times of arrival of the signal to the centers of each pair of the m-th and n-th antennas τ mn (pq) = t mp , Dq, r m ) -t np , D q r n ), characterized in that the interfering signal (MI) is measured from the outputs of the receivers of each of the PS antennas by focusing the PS to the point of the current location of the MI, for which measurement and automatic tracking of the changing coordinates of the MI are used, and then summing the focused signals of the PS receivers, you supplement the notion of the output signals of the NK of each antenna of the PS from the MI signal by weighted subtraction of the measured interfering signal from the output signals of the NK with weight coefficients equal to the ratio of the estimated mutual power density spectrum of the signals of each NK with the MI signal at each frequency ƒ k to the estimate of the signal power density spectrum MI, after which they form a two-coordinate indicator array (MI) by summing in each pqth cell its results of pairwise multiplication at each frequency ƒ k of signals from the outputs of each rth N To the m-th antenna on the complex conjugate signal of the p-th NK of the n-th antenna with compensation of the mutual differences of the times of arrival of the signal from the pq-th MI location point to the centers of each pair of the m-th and n-th antennas and display it on the indicator, and the coordinates of the desired weak radiation source are determined by the position of the maximum signal mark obtained by the method proposed here, on the scales α and D of the indicator coordinate grid. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при измерении сигнала МИ фазируют ПС в точку предполагаемого на данный момент расположения МИ <αmМИ, DМИ>, для чего на каждом цикле ПФ все приемники каждой m-й антенны компенсируют на свое направление αmМИ и суммируют, получая вектор сигналов М антенн, направленных на МИ, затем вычисляют по формулам тригонометрии время tmmМИ, DМИ, rm) распространения сигнала от МИ к центрам каждой антенны ПС с координатами rm (m=1,…,М), фазируют в точку <αmМИ, DМИ> эти суммарные сигналы М антенн, с коэффициентом компенсации времен tmmМИ, DМИ, rm) и суммируют их, получая сфокусированный сигнал ПС из предполагаемой точки расположения МИ.2. The method according to p. 1, characterized in that when measuring the MI signal, the PS is phased to the point of the current location of the MI <α mMI , D MI >, for which, on each PF cycle, all receivers of each m-th antenna compensate for their direction α mMI and summarize, receiving a vector of signals of M antennas directed at MI, then calculate the time t mmMI , D MI , r m ) of signal propagation from MI to the centers of each MS antenna with coordinates r m (using the trigonometry formulas) 1, ..., M), phasing the point <α mMI, D MI> these sum signals M antennas, with compensation coefficient time t mmMI, D MI, r m) and summing them to give a focused signal PS from the assumed location of the points MI. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для отслеживания текущих координат точки предполагаемого расположения МИ <αmМИ, DМИ>, если она перемещается, используют фокусирование антенн ПС в предполагаемую на данном i-м цикле ПФ точку расположения МИ <αопi, Dопi> и оценку величин δαi, δDi отклонения координат МИ от неизвестного фактического значения координат МИ, используя выборку сигнала Хi текущего цикла ПФ и двухкоординатный дискриминатор направления αМИ и дальности DМИ, определяют оценки
Figure 00000007
Figure 00000008
корректируя αопi, Dопi на величину δαi, δDi соответственно, а текущие координаты источника излучения αМИ(ti), DМИ(ti) на момент i-го цикла и прогноз опорных значений αопi+1, Dопi+1 на следующий (i+1)-й цикл определяют по результатам динамического сглаживания последовательностей оценок координат на предыдущих циклах.
3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that for tracking the current coordinates of the point of the proposed location of MI <α mMI , D MI >, if it moves, use the focus of the antennas PS in the location of the MI assumed at this i-th PF cycle <α opi , D opi > and an estimate of the values δ αi , δ Di of the deviation of the MI coordinates from the unknown actual value of the MI coordinates, using a sample of signal X i of the current PF cycle and a two-coordinate discriminator of the direction of α MI and the distance D MI , determine the estimates
Figure 00000007
Figure 00000008
adjusting α opi , D opi by δ αi , δ Di, respectively, and the current coordinates of the radiation source α MI (t i ), D MI (t i ) at the time of the i-th cycle and the forecast of reference values α opi + 1 , D opi +1 for the next (i + 1) th cycle is determined by the results of dynamic smoothing of sequences of coordinate estimates in previous cycles.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что для определения оценок отклонения δαi, δDi на i-ом цикле ПФ используют (M2-М)/2 нечетных попарных взаимно-корреляционных функций
Figure 00000009
сигналов m-ых и n-ых антенн (m, n=1, …, М, m<n) на дискретной шкале задержек τ, для чего определяют комплексные частотные элементы взаимного спектра плотности мощности каждой mn-й пары антенн i-го цикла, умножают на коэффициент частотной характеристики hk и на частоту ƒk, выполняют их осреднение за J циклов ПФ, отдельно для реальной и мнимой части, и выполняют обратное преобразование Фурье, затем сканируют величины α=αr по r=±1, 2, … и D=Ds по s=±1, 2, … в окрестностях αопi и Dопi с заданным шагом Δα и ΔD соответственно, определяя по формулам тригонометрии в каждой точке сканирования значения попарных разностей времен прихода сигнала tmmМИ, DМИ, rm) к центрам m-й и n-ой антенн τmnir, Dопi) и τmniопi, Ds) соответственно, весовые коэффициенты wαmnr и wDmns, равные производным wαmnr=∂τmnr, Dопi)/∂α и wDmns=∂τmnопi, Ds)/∂D соответственно, и выходные значения дискриминаторов zαr) и zD(Ds) соответственно, находят положения нулевых значений
Figure 00000010
Figure 00000011
и
Figure 00000012
на шкалах α и D соответственно, а отклонения δαi и δDi определяют по отстоянию положения нулевых точек
Figure 00000013
и
Figure 00000014
от опорных значений αопi, Dопi на шкалах α=αr и D=Ds соответственно.
4. The method according to claim 3, characterized in that to determine the estimates of the deviation δ αi , δ Di on the i-th PF cycle, use (M 2 -M) / 2 odd pairwise cross-correlation functions
Figure 00000009
signals of the mth and nth antennas (m, n = 1, ..., M, m <n) on a discrete delay scale τ, for which the complex frequency elements of the mutual power density spectrum of each mnth pair of antennas of the i-th cycle are determined , multiplied by the frequency response coefficient h k and the frequency ƒ k , averaged over J PF cycles, separately for the real and imaginary parts, and perform the inverse Fourier transform, then scan the values α = α r by r = ± 1, 2, ... and D = D s for s = ± 1, 2, ... in the vicinity of α and D opi opi at a predetermined pitch Δ α and Δ D, respectively, defining in the formulas of trigonometry to zhdoy scan point values pairwise differences of signal arrival times t mmMI, D MI, r m) to the centers of m-th and n-th antenna τ mnir, D opi) and τ mniopi, D s) accordingly, the weighting coefficients w αmnr and w Dmns equal to the derivatives w αmnr = ∂τ mnr , D opi ) / ∂α and w Dmns = ∂τ mnopi , D s ) / ∂D, respectively, and the output values discriminators z αr ) and z D (D s ), respectively, find the position of zero values
Figure 00000010
Figure 00000011
and
Figure 00000012
on the scales α and D, respectively, and the deviations δ αi and δ Di are determined by the distance of the position of zero points
Figure 00000013
and
Figure 00000014
from the reference values α opi , D opi on the scales α = α r and D = D s, respectively.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что выходные значения дискриминаторов zαr) и zD(Ds) определяют путем считывания значений
Figure 00000015
в точках τ=ταmnir, Dопi) и τ=τDmniопi, Ds) соответственно (используя интерполяцию) и суммирования их по индексу mn в каждой точке αr и Ds с весовыми коэффициентами wαmnr и wDmns соответственно.
5. The method according to claim 4, characterized in that the output values of the discriminators z αr ) and z D (D s ) are determined by reading the values
Figure 00000015
at the points τ = τ α = τ mnir , D opi ) and τ = τ D = τ mniop , D s ), respectively (using interpolation) and summing them over the index mn at each point α r and D s with weights w αmnr and w Dmns, respectively.
6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для режекции сигнала МИ из выходных сигналов НК на каждом i-м цикле ПФ выполняют оценку спектра плотности мощности Pok сигнала МИ и взаимных спектров плотности мощности сигналов каждого НК с сигналом МИ Соmpk путем умножения на каждой частоте ƒk сигнала с выхода сумматора МИ уoki на его сопряженное значение
Figure 00000016
и затем осреднения за время Tн, а измерения ВСПМ Соmpk выполняют путем умножения сигнала с выхода каждого р-го НК m-й антенны ympk(t) на комплексно-сопряженный сигнал с выхода сумматора МИ
Figure 00000017
и осреднения за время Тн.
6. The method according to p. 1 or 2, characterized in that for the rejection of the MI signal from the output signals of the NC on each i-th PF cycle, the power density spectrum P ok of the MI signal and the mutual power density spectra of the signals of each NC with the MI C signal are estimated Оmpk by multiplying at each frequency ƒ k the signal from the output of the adder MI at oki by its conjugate value
Figure 00000016
and then averaging over the time T n , and the measurements of the HSPM Cmpk are performed by multiplying the signal from the output of each rth NK m-th antenna y mpk (t) by the complex conjugate signal from the output of the MI adder
Figure 00000017
and averaging over time T n .
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что режекцию выходных сигналов с сумматоров НК выполняют на текущем цикле ПФ путем вычитания сигнала с выхода сумматора МИ из выходных сигналов НК на каждой частоте ƒk с коэффициентом, равным отношению величины ВСПМ сигналов каждого omp-го НК Соmpk к величине оценки СПМ сигнала МИ Рok.7. The method according to claim 6, characterized in that the rejection of the output signals from the NK adders is performed on the current PF cycle by subtracting the signal from the output of the MI adder from the NK output signals at each frequency ƒ k with a coefficient equal to the ratio of the magnitude of the SCAM signals of each omp- th NK C ompk to the magnitude of the estimate of the PSD signal MI P ok . 8. Способ по п. 1, или 6, или 7 отличающийся тем, что сигналы НК, «очищенные» от сильной помехи, используют для формирования двухкоординатного индикаторного массива, путем попарного перемножения на i-ом цикле ПФ на каждой частоте ƒk сигналов с выходов каждого р-го НК m-й антенны на комплексно-сопряженный сигнал p-го НК n-й антенны с умножением на коэффициент частотной характеристики hk и на коэффициент компенсации разности времен прихода сигнала к центрам m-й и n-й антенн τmn(pq) и затем суммирования по частоте ƒk и по индексу mn для каждого pq-го узла координатной сетки, после чего ИМ накапливают за заданное время Т (заданное число циклов ПФ) и выдают на индикатор, а координаты источника излучения определяют по положению максимума сигнальной отметки, полученной предлагаемым способом, на шкалах α и А координатной сетки индикатора.8. The method according to p. 1, or 6, or 7, characterized in that the NK signals, "cleared" of strong interference, are used to form a two-coordinate indicator array, by pairwise multiplication on the i-th PF cycle at each frequency ƒ k signals with the outputs of each rth NK of the mth antenna to the complex conjugate signal of the pth NK of the n-th antenna multiplied by the frequency response coefficient h k and by the compensation coefficient of the difference in the times of arrival of the signal to the centers of the mth and n-th antennas τ mn (pq) and then summation over the frequency ƒ k and over the index mn for each pqth node of ordinate grid, after which the MI is accumulated for a given time T (a given number of PF cycles) and output to the indicator, and the coordinates of the radiation source are determined by the position of the maximum signal mark obtained by the proposed method on the scales α and A of the indicator coordinate grid.
RU2018139240A 2018-11-06 2018-11-06 Method of passive determination of coordinates of hydroacoustic radiation sources RU2711432C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139240A RU2711432C1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Method of passive determination of coordinates of hydroacoustic radiation sources

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139240A RU2711432C1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Method of passive determination of coordinates of hydroacoustic radiation sources

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2711432C1 true RU2711432C1 (en) 2020-01-17

Family

ID=69171604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018139240A RU2711432C1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Method of passive determination of coordinates of hydroacoustic radiation sources

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2711432C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780408C1 (en) * 2021-10-20 2022-09-22 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for detecting noisy marine objects
CN116819430A (en) * 2023-06-30 2023-09-29 中国人民解放军军事科学院***工程研究院 Direction finding method for same-frequency signal under strong radiation source background

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5805525A (en) * 1996-12-11 1998-09-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method and apparatus for hydroacoustic detection and characterization of submersed aquatic vegetation
RU2507531C1 (en) * 2012-11-08 2014-02-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method for passive determination of coordinates of radiation sources
RU2602732C1 (en) * 2015-06-25 2016-11-20 Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea
RU2623831C1 (en) * 2016-08-30 2017-06-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) Method of passive determining coordinates of moving radiation source
RU2658519C1 (en) * 2017-05-26 2018-06-21 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for determining the coordinate of moving radiation sources by a passive hydrolocator
RU2667330C1 (en) * 2017-06-05 2018-09-18 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method for determining the location of objects by a hydroacoustic passive system in conditions of multimode sound emission

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5805525A (en) * 1996-12-11 1998-09-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method and apparatus for hydroacoustic detection and characterization of submersed aquatic vegetation
RU2507531C1 (en) * 2012-11-08 2014-02-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method for passive determination of coordinates of radiation sources
RU2602732C1 (en) * 2015-06-25 2016-11-20 Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea
RU2623831C1 (en) * 2016-08-30 2017-06-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) Method of passive determining coordinates of moving radiation source
RU2658519C1 (en) * 2017-05-26 2018-06-21 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for determining the coordinate of moving radiation sources by a passive hydrolocator
RU2667330C1 (en) * 2017-06-05 2018-09-18 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method for determining the location of objects by a hydroacoustic passive system in conditions of multimode sound emission

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780408C1 (en) * 2021-10-20 2022-09-22 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for detecting noisy marine objects
RU2797779C1 (en) * 2022-08-31 2023-06-08 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for determining the range to a moving radiation source using passive sonar
RU2801675C1 (en) * 2023-01-09 2023-08-14 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for determining the range to a moving radiation source using passive sonar
RU2810703C1 (en) * 2023-06-26 2023-12-28 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for direction finding of moving radiation source under influence of pulsed interference
CN116819430A (en) * 2023-06-30 2023-09-29 中国人民解放军军事科学院***工程研究院 Direction finding method for same-frequency signal under strong radiation source background
CN116819430B (en) * 2023-06-30 2024-03-15 中国人民解放军军事科学院***工程研究院 Direction finding method for same-frequency signal under strong radiation source background
RU2815608C1 (en) * 2023-11-17 2024-03-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий им.академика М.Д. Агеева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Ultrashort measuring base hydroacoustic navigation system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schmidt et al. Environmentally tolerant beamforming for high‐resolution matched field processing: Deterministic mismatch
US8107320B2 (en) Autonomous sonar system and method
US11454702B2 (en) Synthetic aperture radar method and synthetic aperture radar device
RU2590933C1 (en) Device for obtaining information on noisy object in sea
US5615175A (en) Passive direction finding device
US20110164467A1 (en) Calibrating a multibeam sonar apparatus
RU2680860C1 (en) Method of passive determination of coordinate of sources of sonar radiation
RU2529355C2 (en) Method of determining spatial distribution of ionospheric inhomogeneities
RU2393498C2 (en) Method of polarisation sensitive radio signal direction finding (versions)
Sintes et al. Coherent probabilistic error model for interferometric sidescan sonars
RU2711432C1 (en) Method of passive determination of coordinates of hydroacoustic radiation sources
US6714481B1 (en) System and method for active sonar signal detection and classification
RU2623831C1 (en) Method of passive determining coordinates of moving radiation source
López et al. On the use of an Equivalent Currents-based Technique to improve Electromagnetic Imaging
Comesana et al. An introduction to virtual phased arrays for beamforming applications
RU2208811C2 (en) Procedure to obtain information on noisy objects in sea
RU2724315C1 (en) Method of passive determination of coordinates of moving weak radiation source
JP2012237705A (en) Azimuth and elevation angle measuring system
RU119126U1 (en) DEVICE FOR INCREASING ANGULAR RESOLUTION OF AMPLITUDE TOTAL-DIFFERENT MONO-PULSE SYSTEM
RU2385467C1 (en) Method for spatial polarisation-sensitive localisation of multibeam radio signals
Bazulin The calibration of an ultrasonic antenna array installed on a wedge
RU2797779C1 (en) Method for determining the range to a moving radiation source using passive sonar
RU2809016C1 (en) Method for adaptive detection of sea noise object
US10042052B2 (en) Method and system for determining a location of a reflecting scatterer in a medium
Ren et al. Modeling bottom reverberation for sonar sensor motion