RU2733489C1 - Method of hydroacoustic communication with high-speed underwater object - Google Patents
Method of hydroacoustic communication with high-speed underwater object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2733489C1 RU2733489C1 RU2020104824A RU2020104824A RU2733489C1 RU 2733489 C1 RU2733489 C1 RU 2733489C1 RU 2020104824 A RU2020104824 A RU 2020104824A RU 2020104824 A RU2020104824 A RU 2020104824A RU 2733489 C1 RU2733489 C1 RU 2733489C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- information
- communication
- hydroacoustic
- decoding
- 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
- G01S15/87—Combinations of 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 способам бистатической гидролокации, в которых связь между разнесенными в пространстве приемником и передатчиком осуществляется по гидроакустическому каналу. Способ предназначен для применения в быстроходных подводных объектах (ПО) и может быть использован как для получения информации от передатчика, так и для решения задачи навигации.The invention relates to methods of bistatic sonar, in which the communication between the spaced-apart receiver and transmitter is carried out via a hydroacoustic channel. The method is intended for use in high-speed underwater objects (PO) and can be used both for receiving information from the transmitter and for solving the navigation problem.
К преимуществам бистатических гидролокаторов можно отнести: возможность надежной маскировки приемника, и, следовательно, снижение эффективности противодействия, так как характеристики и положение приемника неизвестны; возможность увеличения эффективной поверхности отражения цели благодаря геометрическим эффектам из-за разнесенности в пространстве передатчика и приемника.The advantages of bistatic sonars include: the possibility of reliable masking of the receiver, and, consequently, a decrease in the effectiveness of countermeasures, since the characteristics and position of the receiver are unknown; the possibility of increasing the effective surface of the target reflection due to geometric effects due to the separation in space of the transmitter and receiver.
Связной сигнал, излучаемый от передатчика к приемнику состоит из двух частей:The communication signal emitted from the transmitter to the receiver consists of two parts:
1. Синхронизирующий сигнал, который позволяет учесть эффект Доплера для обнаружения, детектирования и декодирования информационного сигнала.1. Synchronizing signal, which allows to take into account the Doppler effect for the detection, detection and decoding of the information signal.
2. Информационный сигнал, содержащий информацию о положении передатчика, времени излучения сигнала и иную информацию, позволяющую рассчитать расстояние между передатчиком и приемником.2. Information signal containing information about the position of the transmitter, the time of signal emission and other information that allows you to calculate the distance between the transmitter and receiver.
Известен способ по патенту [1], в котором осуществляется синхронизация функций излучения и приема зондирующего сигнала бистатического гидролокатора, декодирование принимаемой информации реализуется путем измерения параметров принятого зондирующего сигнала, в частности времени его прихода, а информация для настройки приемника формируется путем сравнения результатов измерения параметров с содержимым базы, хранящей параметры возможных зондирующих сигналов.The known method according to the patent [1], in which the synchronization of the functions of radiation and reception of the sounding signal of the bistatic sonar is carried out, the decoding of the received information is realized by measuring the parameters of the received sounding signal, in particular the time of its arrival, and information for setting the receiver is formed by comparing the results of measuring the parameters with the contents of the database storing the parameters of possible probing signals.
Прототипом изобретения является «Мультистатическая акустическая система и система контроля положения подводных аппаратов» по патенту [2], в которой реализован следующий способ гидроакустической связи: сигнал, излучаемый передатчиком, состоит из опережающего импульса, который содержит информацию о рабочем режиме предложенной системы (в терминах настоящего описания - синхронизирующий сигнал), и информационного импульса (в терминах настоящего описания -информационный сигнал), разделенных временным интервалом, величина которого может меняться и указана в оперативной информации. Приемные базы используют информацию, содержащуюся в синхронизирующем сигнале для настройки приемников в зависимости от формы излучаемого импульса.The prototype of the invention is the "Multistatic acoustic system and the system for monitoring the position of underwater vehicles" according to the patent [2], which implements the following method of hydroacoustic communication: the signal emitted by the transmitter consists of an advanced pulse that contains information about the operating mode of the proposed system (in terms of the present descriptions - a synchronizing signal), and an information pulse (in terms of the present description, an information signal), separated by a time interval, the value of which can vary and is indicated in the operational information. The receiving bases use the information contained in the synchronizing signal to tune the receivers depending on the shape of the emitted pulse.
Синхронизирующий сигнал модулируется определенным образом при помощи цифрового модулирующего устройства, например, типа модема. Информационный сигнал представляет собой импульс общеизвестной формы. Например, это может быть импульс с фиксированной частотой или импульс с иной модуляцией определенного типа. Информационный сигнал отображает полный набор передаваемых данных.The clock signal is modulated in a specific way using a digital modulating device such as a modem. The information signal is a pulse of a well-known form. For example, it can be a pulse with a fixed frequency or a pulse with a different modulation of a certain type. The information signal displays the complete set of transmitted data.
Преимуществами способа гидроакустической связи, предложенного в прототипе, являются:The advantages of the hydroacoustic communication method proposed in the prototype are:
- работоспособность системы в режиме погружения и независимость от глубины излучающей и приемной базы (баз);- system operability in immersion mode and independence from the depth of the emitting and receiving base (s);
- возможность передачи информации в режиме реального времени.- the ability to transmit information in real time.
Недостатком прототипа является то, что при применении в системе ненаправленной приемной антенны скомпенсировать эффект Доплера, возникающий при движении быстроходного ПО и искажающего связной сигнал, не представляется возможным.The disadvantage of the prototype is that when an omnidirectional receiving antenna is used in the system, it is not possible to compensate for the Doppler effect that occurs when the high-speed software moves and distorts the communication signal.
Задачей заявляемого способа является: при сохранении преимуществ способа, предложенного в прототипе, устранение указанного недостатка за счет компенсации доплеровского сдвига связного сигнала путем его определения по принятому синхронизирующему сигналу и учета при обнаружении, детектировании и декодировании информационного сигнала. В качестве синхронизирующего сигнала применяется тональный сигнал или одна из реализаций последовательности Костаса в виде 32 элементарных тональных сигналов.The objective of the proposed method is: while maintaining the advantages of the method proposed in the prototype, the elimination of this disadvantage by compensating for the Doppler shift of the communication signal by determining it from the received synchronizing signal and taking into account when detecting, detecting and decoding the information signal. A tone signal or one of the costas sequence implementations in the form of 32 chip tones is used as the synchronization signal.
Технический результат изобретения - возможность осуществления гидроакустической связи с быстроходным ПО путем компенсации доплеровского сдвига при обнаружении, детектировании и декодировании информационного сигнала.The technical result of the invention is the ability to implement hydroacoustic communication with high-speed software by compensating for the Doppler shift when detecting, detecting and decoding an information signal.
Краткое описание фигур.Brief description of the figures.
Фиг. 1. Блок-схема способа заявляемого изобретения.FIG. 1. Block diagram of the method of the claimed invention.
На фиг.1 обозначены следующие операции:Figure 1 indicates the following operations:
1 - излучение связного (синхронизирующего и информационного) сигнала передатчиком;1 - radiation of a communication (synchronization and information) signal by the transmitter;
2 - прием синхронизирующего сигнала приемником;2 - reception of a synchronizing signal by the receiver;
3 - определение доплеровского сдвига и параметров синхронизирующего сигнала приемником;3 - determination of the Doppler shift and parameters of the synchronizing signal by the receiver;
4 - прием информационного сигнала приемником;4 - reception of the information signal by the receiver;
5 - обнаружение, детектирование и декодирование информационного сигнала с учетом информации о времени прихода синхронизирующего сигнала и доплеровском сдвиге предшествующего ему синхронизирующего сигнала приемником.5 - detection, detection and decoding of the information signal, taking into account information about the time of arrival of the synchronization signal and the Doppler shift of the synchronization signal preceding it by the receiver.
Фиг. 2. Пример связного сигнала.FIG. 2. An example of a connected signal.
6 - синхронизирующий сигнал;6 - synchronizing signal;
7 - информационный сигнал.7 - information signal.
Предлагаемый в настоящем изобретении способ использует одну излучающую и одну приемную базы. Операция излучения по гидроакустическому каналу связного сигнала (поз. 1 на фиг. 1) реализуется аналогично соответствующей операции прототипа, при помощи устройства, включающего в себя: модулятор, позволяющий генерировать модулированный связной сигнал; гидроакустический излучатель и гидроакустическую антенну, распространяющие связной сигнал.The method according to the present invention uses one emitting and one receiving base. The operation of radiation on the hydroacoustic channel of the communication signal (
Структура приемной базы, осуществляющей прием связного сигнала (поз. 2 и 4 на фиг. 1), в простейшем случае включает в себя гидроакустическую антенну, преобразующую принимаемые акустические сигналы в электрические, демодулятор и декодирующее устройство для определения параметров синхронизирующего сигнала (поз. 3 на фиг. 1), а также средство обработки принимаемых сигналов, в котором осуществляется обнаружение, детектирование и декодирование информационного сигнала с учетом измеренных параметров синхронизирующего сигнала.The structure of the receiving base that receives a communication signal (
Таким образом, система, описанная выше, позволяет передавать синхронизирующий и информационный сигналы по одному каналу, тем самым обеспечивая согласованность этих сигналов по времени.Thus, the system described above allows the synchronization and data signals to be transmitted over the same channel, thereby ensuring the time consistency of these signals.
На фиг. 2 приведен пример графика связного сигнала, осуществляющего способ, предложенный в настоящем изобретении. Связной сигнал включает в себя синхронизирующий сигнал 6, а также информационный сигнал 7, передаваемый через определенный интервал времени Δt. Таким образом, момент обнаружения информационного сигнала определяют по моменту приема синхронизирующего сигнала.FIG. 2 shows an example of a communication signal graph implementing the method of the present invention. The communication signal includes a
Измерению могут подлежать следующие параметры синхронизирующего сигнала (поз. 3 на фиг. 1):The following parameters of the synchronizing signal can be measured (
- частота;- frequency;
- длительность;- duration;
- время прихода;- arrival time;
- направление прихода.- direction of arrival.
Измерения параметров синхронизирующего сигнала производятся следующим образом.The synchronization signal parameters are measured as follows.
Частота измеряется посредством реализации гребенки согласованных фильтров, настроенных на разные альтернативы частоты (функцию этой гребенки, например, при тональных сигналах играет процедура дискретного преобразования Фурье или спектрального анализа), выход каждого фильтра гребенки через детектор подключен ко входу решающего устройства, например, определяющего номер канала фильтрации, в котором отклик на сигнал имеет максимальную амплитуду ([3], с. 204 и с. 205, рис. 14.2). При работе с широкополосными (сложными) связными сигналами в простейшем случае под частотой понимается его средняя частота, которая может быть измерена аналогично частоте синхронизирующего сигнала; при этом, как указано выше, реализуется гребенка фильтров, согласованных с альтернативами частот сложных сигналов. В отличие от способа-прототипа, также определяется доплеровский сдвиг сигнала и (в случае применения многоэлементной приемной антенны) направление его прихода.The frequency is measured by implementing a bank of matched filters tuned to different frequency alternatives (the function of this comb, for example, with tones, is played by the discrete Fourier transform or spectral analysis procedure), the output of each comb filter is connected through the detector to the input of the solver, for example, determining the channel number filtering, in which the response to the signal has a maximum amplitude ([3], p. 204 and p. 205, Fig. 14.2). When working with broadband (complex) communication signals, in the simplest case, the frequency is understood as its average frequency, which can be measured similarly to the frequency of the synchronizing signal; in this case, as indicated above, a bank of filters is realized, matched with the alternatives of the frequencies of complex signals. Unlike the prototype method, the Doppler shift of the signal and (in the case of using a multi-element receiving antenna) the direction of its arrival is also determined.
Время прихода синхронизирующего сигнала определяется при его обнаружении и детектировании ([3], с. 203, с. 204, рис. 14.1).The time of arrival of the synchronizing signal is determined when it is detected and detected ([3], p. 203, p. 204, Fig. 14.1).
Длительность синхронизирующего сигнала может измеряться совместно со временем его прихода. При этом фиксируются результаты измерения времен (моментов) прихода переднего и заднего фронтов этого сигнала, после чего длительность сигнала определяется как разность этих времен. Для измерения указанных моментов сигнал с выхода цепочки «фильтр-детектор» поступает на пороговое устройство. Моментом прихода переднего фронта сигнала является момент начала превышения сигналом на входе порогового устройства порога, а заднего фронта - момент прекращения этого превышения.The duration of the sync signal can be measured in conjunction with the time of its arrival. In this case, the results of measuring the times (moments) of arrival of the leading and trailing edges of this signal are recorded, after which the duration of the signal is determined as the difference between these times. To measure these moments, the signal from the output of the "filter-detector" chain is fed to the threshold device. The moment of arrival of the leading edge of the signal is the moment when the signal at the input of the threshold device begins to exceed the threshold, and the trailing edge is the moment when this excess stops.
Направление прихода синхронизирующего сигнала определяется посредством его моноимпульсного (например, фазового) пеленгования ([3], с. 216 и с. 217, рис. 14.16).The direction of arrival of the synchronizing signal is determined by means of its monopulse (for example, phase) direction finding ([3], p. 216 and p. 217, Fig. 14.16).
При обнаружении, детектировании и декодировании связного сигнала (поз. 5 на фиг. 1) вначале осуществляется оценивание момента прихода заднего фронта синхронизирующего сигнала, а затем от этого момента отсчитывается интервал времени Δt и определяется момент прихода переднего фронта информационного сигнала.When detecting, detecting and decoding a communication signal (
Таким образом использование заявленного способа позволяет обеспечивать связь с быстроходным ПО.Thus, the use of the claimed method makes it possible to provide communication with high-speed software.
Список литературы:Bibliography:
1. Патент РФ № RU 2535238 C1, 21.06.20131. RF patent No. RU 2535238 C1, 21.06.2013
2. Патент РФ № RU 2364888 C2, 03.06.20042. RF patent No. RU 2364888 C2, 03.06.2004
3. Ширман Я.Д., Манжос В.Н.. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Радио и связь. 1981.3. Shirman Ya.D., Manzhos VN .. Theory and technique of processing radar information against the background of interference. M .: Radio and communication. 1981.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020104824A RU2733489C1 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | Method of hydroacoustic communication with high-speed underwater object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020104824A RU2733489C1 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | Method of hydroacoustic communication with high-speed underwater object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2733489C1 true RU2733489C1 (en) | 2020-10-01 |
Family
ID=72926718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020104824A RU2733489C1 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | Method of hydroacoustic communication with high-speed underwater object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2733489C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5099458A (en) * | 1988-09-05 | 1992-03-24 | Furuno Electric Co., Ltd. | Underwater detection system |
| RU2364888C2 (en) * | 2003-06-06 | 2009-08-20 | Талес | Multistatic acoustic system and system of submersible craft position monitoring |
| RU2565237C1 (en) * | 2014-08-07 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Evaluation of complex signal carrier frequency doppler shift |
| RU2694795C1 (en) * | 2018-02-20 | 2019-07-16 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Bistatic method of detecting an underwater target and bistatic sonar |
-
2020
- 2020-02-03 RU RU2020104824A patent/RU2733489C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5099458A (en) * | 1988-09-05 | 1992-03-24 | Furuno Electric Co., Ltd. | Underwater detection system |
| RU2364888C2 (en) * | 2003-06-06 | 2009-08-20 | Талес | Multistatic acoustic system and system of submersible craft position monitoring |
| RU2565237C1 (en) * | 2014-08-07 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Evaluation of complex signal carrier frequency doppler shift |
| RU2694795C1 (en) * | 2018-02-20 | 2019-07-16 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Bistatic method of detecting an underwater target and bistatic sonar |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| И.Н. Бурдинский и др. Обработка фазоманипулированных шумоподобных сигналов гидроакустических систем с учетом эффекта Доплера. Вестник ТОГУ, 2016, номер 4 (43), стр. 13-22. * |
| С.С. Грицутенко, А.С. Сидоренко. Компенсация эффекта Доплера в OFDM-сигнале. Известия Транссиба, номер 3 (11), 2012, стр. 100-105. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102307676B1 (en) | Negative pseudo-range processing with multi-static fmcw radars | |
| EP0236331B1 (en) | Methods of detection and identification of one or more remote objects | |
| US5784026A (en) | Radar detection of accelerating airborne targets | |
| JP2020067455A (en) | Fmcw radar for suppressing disturbing signal | |
| US20120263018A1 (en) | Underwater detection device and underwater detecting method | |
| US7859463B2 (en) | Method of detection in bistatic mode using non-cooperative passive radio transmissions | |
| EP1307764B1 (en) | Signal processing | |
| US20180083656A1 (en) | Blind Source Separation of Signals Having Low Signal-to-Noise Ratio | |
| US4053886A (en) | Stepped dual-frequency, ocean-wave spectrometer | |
| Lee et al. | Robust LFM target detection in wideband sonar systems | |
| JP5656505B2 (en) | Radar equipment | |
| EP1384092A2 (en) | System and method for detection and feature extraction in passive coherent location | |
| RU2535238C1 (en) | Method of synchronising emission and reception functions in bistatic sonar | |
| US5565872A (en) | System and method for detecting and characterizing vibrating targets | |
| US5659320A (en) | Method and device for determining the speed of a moving object by means of a pulse-compression radar or sonar | |
| RU2571950C1 (en) | Method for radio monitoring of radio-silent objects | |
| US3383686A (en) | Diverse frequency echo detection system with doppler frequency coherence | |
| RU2733489C1 (en) | Method of hydroacoustic communication with high-speed underwater object | |
| US7149148B2 (en) | Localization of high speed vehicles using continuous transmit waves | |
| US3934253A (en) | Doppler frequency radar system with very short pulse modulated high frequency carrier waves | |
| Bączyk et al. | Identification of helicopter rotor parameters using multistatic passive radar | |
| GB2521097A (en) | Target visibility enhancement system | |
| RU2572584C1 (en) | Method for radio monitoring radio-silent objects | |
| Rosenberg et al. | Analysis of maritime X-band velocity SAR imagery | |
| Płotka et al. | Enhanced Detection Capabilities in Forward Scatter Mode for DVB-T-Based Passive Coherent Location |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |