RU2736188C9 - Hydroacoustic information displaying method - Google Patents

Hydroacoustic information displaying method Download PDF

Info

Publication number
RU2736188C9
RU2736188C9 RU2019118830A RU2019118830A RU2736188C9 RU 2736188 C9 RU2736188 C9 RU 2736188C9 RU 2019118830 A RU2019118830 A RU 2019118830A RU 2019118830 A RU2019118830 A RU 2019118830A RU 2736188 C9 RU2736188 C9 RU 2736188C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spatial
spatial channels
threshold
signal
channel
Prior art date
Application number
RU2019118830A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2736188C1 (en
Inventor
Валерий Григорьевич Тимошенков
Владимир Алексеевич Антипов
Юрий Игоревич Макарчук
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 RU2019118830A priority Critical patent/RU2736188C9/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2736188C1 publication Critical patent/RU2736188C1/en
Publication of RU2736188C9 publication Critical patent/RU2736188C9/en

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
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80—Direction-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: acoustics.
SUBSTANCE: present invention relates to hydroacoustics. Disclosed is a method of displaying hydroacoustic information, comprising receiving a static fan signal from S directional characteristics, in which from the output of each spatial channel a set of sampled samples is made on a fixed time interval T, performing a spectral analysis of the time set of samples from the output of each spatial channel, which is performed using the FFT procedure, from the output of each spatial channel, the separated spectrum is divided into k frequency ranges, the sum ∑Ajk of amplitudes Aj of spectral components of each frequency band in each channel and displaying on the display the information in the colour luminance form, in which the minimum value of the sum is selected as the level of interference ∑Ajmin of signal amplitudes in spatial channel, and to select the threshold, determining the average sum of the amplitudes
Figure 00000012
over all S spatial channels of the current time interval, determining for each frequency band a threshold Akthr for each frequency band as
Figure 00000013
determining adjacent spatial channels, in which ∑Ajk > Akthr in each frequency range, those adjacent spatial channels, in which this condition is observed for more than N adjacent spatial channels, performing measurement and comparison operations on V consecutive time sets.
EFFECT: invention is intended for displaying results of noise emission signal processing and recognition of hydroacoustic objects.
1 cl, 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для отображения результатов обработки сигналов шумоизлучения и распознавания гидроакустических объектов.The present invention relates to the field of hydroacoustics and is intended to display the results of processing noise signals and recognition of hydroacoustic objects.

Известны методы обнаружения и классификации целей по анализу особенностей их шумоизлучения, где используют признаки, основанные на особенностях спектрального состава сигнала, так называемого "портрета" (Бурдик В.С. "Анализ гидроакустических систем". Ленинград, Судостроение, 1988 г., стр. 322).Known methods for detecting and classifying targets by analyzing the characteristics of their noise emission, where they use features based on the features of the spectral composition of the signal, the so-called "portrait" (Burdik V.S. "Analysis of hydroacoustic systems". Leningrad, Shipbuilding, 1988, p. 322).

Более подробно акустические "портреты" рассмотрены в работе Л.Л. Мясников, Е.Н. Мясникова. "Автоматическое распознавание звуковых образов". Ленинград, Энергия, 1970 г., стр. 50. Классификация с использованием портретов основана на измерении спектра, отображении спектра на индикаторе и сравнении его с эталонным частотным спектром, принадлежащим известному источнику шумоизлучения. Недостатком такого способа является необходимость иметь эталонные спектры всех источников шумоизлучения, что практически невозможно. Кроме того, спектральные портреты зависят от скорости движения объекта шумоизлучения.In more detail acoustic "portraits" are considered in the work of L.L. Myasnikov, E.N. Myasnikov. "Automatic recognition of sound images". Leningrad, Energiya, 1970, p. 50. Classification using portraits is based on measuring the spectrum, displaying the spectrum on an indicator and comparing it with a reference frequency spectrum belonging to a known source of noise emission. The disadvantage of this method is the need to have reference spectra of all sources of noise emission, which is practically impossible. In addition, spectral portraits depend on the speed of movement of the noise emission object.

Известен способ классификации, описанный в работе (В.В. Деев и др. "Анализ информации оператором - гидроакустиком", Ленинград, Судостроение, 1989 г., стр. 111), который содержит прием сигналов шумоизлучения шумящего объекта приемной антенной, вычисление оценки комплексного спектра принятых сигналов шумоизлучения, анализ спектрального состава, выделение дискретных составляющих, построение звукорядов, отображение спектров на индикаторе и принятие решения о классе шумящего объекта по особенностям спектрального состава принятых сигналов шумоизлучения.There is a known classification method described in the work (V.V. Deev et al. "Information analysis by an operator - hydroacoustician", Leningrad, Shipbuilding, 1989, p. 111), which contains the reception of noise signals from a noisy object by a receiving antenna, the calculation of the complex spectrum of the received noise emission signals, analysis of the spectral composition, selection of discrete components, construction of scales, displaying spectra on the indicator and making a decision on the class of a noisy object based on the peculiarities of the spectral composition of the received noise signals.

Однако для современных подводных объектов характерно уменьшение числа дискретных составляющих, в результате чего дискретные структуры спектров становятся малоинформативными, что делает классификацию по дискретным составляющим неэффективной.However, modern underwater objects are characterized by a decrease in the number of discrete components, as a result of which the discrete structures of the spectra become uninformative, which makes the classification by discrete components ineffective.

Известен патент РФ 2156984 на «Способ получения информации о шумящем в море объекте и способ получения цветовых шкал для него». В способе измеряются отношения сигнал/шум на выходах частотных фильтров, которые кодируются интенсивностью красных, зеленых и синих цветовых компонент на экране, где производится смешивание цветовых компонент в единой точке и образуется цвет, несущий информацию о расстоянии до шумящего объекта. Отображение цветовых образов в координатах угол-время позволяет получать на панорамном индикаторе трассы всех наблюдаемых одновременно объектов.Known RF patent 2156984 on "A method for obtaining information about an object noisy in the sea and a method for obtaining color scales for it." The method measures the signal-to-noise ratios at the outputs of frequency filters, which are encoded by the intensity of red, green and blue color components on the screen, where the color components are mixed at a single point and a color is formed that carries information about the distance to the noisy object. Displaying color images in angle-time coordinates allows you to get on the panoramic indicator the traces of all objects observed simultaneously.

Недостатком данного способа является то, что при наличии кратковременных сигналов, которые обусловлены сигналами различных источников, принадлежащих морской биоакустике, весь панорамный индикатор оказывается забит случайными сигналами, образующими случайную засветку на всей плоскости пространственных характеристик и времени наблюдения. В этом случае основная трасса, которая принадлежит реальной цели, плохо отображается на фоне случайных выбросов сигнала шумоизлучения источников морской биоакустики. Под реальной целью понимается подвижный объект техногенного происхождения - подводная лодка, надводный корабль, подводный аппарат и т.д. Сигнал от реальной цели представляет собой постоянный стационарный процесс шумоизлучения.The disadvantage of this method is that in the presence of short-term signals, which are caused by signals from various sources belonging to marine bioacoustics, the entire panoramic indicator turns out to be clogged with random signals generating random illumination on the entire plane of spatial characteristics and observation time. In this case, the main path, which belongs to the real target, is poorly displayed against the background of random emissions of the noise emission signal from marine bioacoustics sources. The real target is understood as a mobile object of technogenic origin - a submarine, surface ship, underwater vehicle, etc. The signal from a real target is a constant stationary process of noise emission.

В работе В.А. Антипова и др. «Консервация информации гидроакустического комплекса корабля и ее дальнейшее использование» (Гидроакустика. Вып. 22(2) 2015 г. ОАО Концерн «Океанприбор», СПб, стр. 93-98) представлены результаты адаптивной мультипликативной обработки сигналов шумоизлучения обнаруженных объектов, выводимой на панорамный индикатор. По оси абсцисс расположена шкала пеленгов и курсовых углов, ниже поле графики, в котором отображаются отметки сигналов от шумящей цели на фоне мешающих целей и отметок по времени. Хорошо видны трассы, принадлежащие целям различных классов, находящихся на различных направлениях и различных дальностях. Эта система отображения выходной информации системы шумопеленгования наиболее близко соответствует предлагаемому способу отображения и может быть взята за прототип.In the work of V.A. Antipova et al. "Conservation of information of the ship's hydroacoustic complex and its further use" (Hydroacoustics. Issue 22 (2) 2015 OJSC Concern "Oceanpribor", St. Petersburg, pp. 93-98) presents the results of adaptive multiplicative processing of noise emission signals of detected objects displayed on the panoramic indicator. On the abscissa axis there is a scale of bearings and heading angles, below the graphics field, which displays the signal marks from a noisy target against the background of interfering targets and time marks. Tracks belonging to targets of different classes, located in different directions and at different ranges, are clearly visible. This display system of the output information of the noise direction finding system most closely matches the proposed display method and can be taken as a prototype.

Система отображения реализует следующие признаки способа отображения.The display system implements the following features of the display method.

Прием сигнала осуществляется статическим веером характеристик направленности. С выхода каждого пространственного канала производится набор дискретизированных отсчетов на фиксированном временном интервале. Производится спектральный анализ временного набора отсчетов с выхода каждого пространственного канала, который выполняется с использованием процедуры БПФ. С выхода каждого пространственного канала выделенный спектр разделяется на частотные диапазоны. Сумма амплитуд спектральных составляющих определяет уровень сигнала шумоизлучения, который подается на яркостной индикатор и последовательно во времени отображается информация в яркостном виде в нескольких частотных диапазонах, каждый из которых имеет свою цветовую окраску.The signal is received by a static fan of directivity characteristics. A set of sampled samples is produced from the output of each spatial channel at a fixed time interval. Spectral analysis of the time set of samples from the output of each spatial channel is performed using the FFT procedure. From the output of each spatial channel, the allocated spectrum is divided into frequency ranges. The sum of the amplitudes of the spectral components determines the level of the noise emission signal, which is fed to the brightness indicator and sequentially in time information is displayed in the brightness form in several frequency ranges, each of which has its own color.

Недостатком данного способа отображения информации является то, что при наличии сигналов излучения источников морской биоакустики возникают помехи, которые затрудняют обнаружения трасс от малошумящих реальных объектов на фоне мешающего шумоизлучения источников морской биоакустики.The disadvantage of this method of displaying information is that in the presence of radiation signals from sources of marine bioacoustics, interference occurs, which makes it difficult to detect tracks from low-noise real objects against the background of interfering noise emission from marine bioacoustics sources.

Задачей изобретения является обеспечение эффективности отображения сигналов шумоизлучения реальных объектов.The object of the invention is to ensure the efficiency of displaying noise signals of real objects.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении возможности отображения реальных источников шумоизлучения, имеющих стационарные дискретные составляющие в спектре сигнала, при подавлении сигналов от объектов биоакустики, спектр которых является случайным, что позволяет исключить из отображения сигналы биологических шумов.The technical result of the invention is to provide the possibility of displaying real sources of noise emission, having stationary discrete components in the signal spectrum, while suppressing signals from bioacoustics objects, the spectrum of which is random, which makes it possible to exclude biological noise signals from the display.

Для решения поставленной задачи в способ, содержащий прием сигнала статическим веером из S характеристик направленности, с выхода каждого пространственного канала производят набор дискретизированных отсчетов на фиксированным временном интервале Т, производят спектральный анализ временного набора отсчетов с выхода каждого пространственного канала, который выполняют с использованием процедуры БПФ, с выхода каждого пространственного канала выделенный спектр разделяют на k частотных диапазонов, определяют сумму амплитуд ∑Ajk спектральных составляющих каждого частотного диапазона в каждом канале, и отображают на индикаторе информацию в цветном яркостном виде введены новые признаки, а именно: в качестве уровня помехи выбирают минимальное значение суммы ∑Ajmin амплитуд сигнала в пространственном канале, для выбора порога определяют среднее значение суммы амплитуд

Figure 00000001
по всем пространственным каналам S текущего временного интервала по каждому частотному диапазону, определяют порог Akпор по каждому частотному диапазону как
Figure 00000002
определяют пространственные каналы, в которых
Figure 00000003
в каждом частотном диапазоне и определяют из них соседние, запоминают те соседние пространственные каналы, в которых это условие соблюдается более чем для N соседних пространственных каналов, повторяют операции измерения и сравнения по V последовательным временным наборам и для отображения на индикаторе выводят те соседние пространственные каналы, в которых наблюдается превышение порога во всех V временных интервалах.To solve this problem, in a method containing receiving a signal with a static fan from S directional characteristics, a set of sampled samples is produced from the output of each spatial channel at a fixed time interval T, a spectral analysis of the time set of samples from the output of each spatial channel is performed, which is performed using the FFT procedure , from the output of each spatial channel, the allocated spectrum is divided into k frequency ranges, the sum of the amplitudes ∑Ajk of the spectral components of each frequency range in each channel is determined, and information is displayed on the indicator in color luminance form, new features are introduced, namely: the minimum the value of the sum ∑Ajmin of the signal amplitudes in the spatial channel; to select the threshold, the average value of the sum of amplitudes is determined
Figure 00000001
for all spatial channels S of the current time interval for each frequency range, determine the threshold A kthr for each frequency range as
Figure 00000002
define spatial channels in which
Figure 00000003
in each frequency range and determine from them adjacent ones, store those adjacent spatial channels in which this condition is met for more than N adjacent spatial channels, repeat the measurement and comparison operations on V successive time sets, and display those adjacent spatial channels for display on the indicator, in which the threshold is exceeded in all V time intervals.

Поясним сущность предлагаемого технического решения.Let us explain the essence of the proposed technical solution.

При работе системы шумопеленгования в реальных условиях возникают ситуации, когда одновременно с приемом сигнала шумоизлучения реальных объектов на вход антенны обнаружения поступают сигналы неизвестного происхождения, которые являются сигналами торошения льда в северных широтах, а так же звуковыми сигналами, вызванными различными обитателями морских глубин. В работе В.Н Таволга «Морская биоакустика». Судостроение. Л. 1969 г. представлен большой объем исследований по характеру сигналов шумоизлучения, принадлежащих морской биоакустике.When the noise direction finding system operates in real conditions, situations arise when, simultaneously with the reception of the noise emission signal of real objects, signals of unknown origin arrive at the input of the detection antenna, which are signals of hummocking in northern latitudes, as well as sound signals caused by various inhabitants of the sea depths. In the work of VN Tavolga "Marine Bioacoustics". Shipbuilding. L. 1969 presented a large volume of research on the nature of noise signals belonging to marine bioacoustics.

Как правило, частотные спектры шумоизлучения источников морской биоакустики совпадают с диапазоном частот работы станций шумопеленгования, что приводит к искажению достоверности обнаружения сигналов шумоизлучения реальных объектов. Поэтому при работе в таких условиях возникает задача автоматического устранения сигналов шумоизлучения, которые не принадлежат реальным объектам. Основная особенность, сигналов биоакустики состоит в том, что сигналы возникают случайно, в случайном направлении, имеют случайную продолжительность, случайный диапазон частот, а так же случайное время существования. Поэтому исходными параметрами для классификации таких источников шумоизлучения можно выбрать определенные свойства сигналов шумоизлучения, которые принадлежат реальным объектам. К таким параметрам относятся, прежде всего, частотные диапазоны формирования сигналов шумоизлучения, уровни сигналов, время их существования. Кроме того, к особенностям шумоизлучения морской биоакустики относится изменчивость уровня принимаемого суммарного сигнала, что связано, прежде всего, с различным положением шумов биологического происхождения по дистанции и по направлению. Как правило, достаточный мешающий уровень может быть создан при одновременном излучении большого числа морских биологических объектов, которые имеют некоторое случайное компактное положение и одновременное излучение. Поэтому уровень шумоизлучения этих сигналов имеет большой разброс по пространству и по дальности, что сказывается на их статистических характеристиках. Сигнал шумоизлучения реальных объектов более стабилен в конкретных частотных диапазонах, что объясняется стабильной работой механизмов и равномерным прямолинейным движением с постоянной скоростью.As a rule, the frequency spectra of noise emission of marine bioacoustics sources coincide with the frequency range of operation of noise direction finding stations, which leads to distortion of the reliability of the detection of noise emission signals of real objects. Therefore, when working in such conditions, the problem arises of automatically eliminating noise emission signals that do not belong to real objects. The main feature of bioacoustics signals is that the signals appear randomly, in a random direction, have a random duration, a random frequency range, as well as a random lifetime. Therefore, the initial parameters for the classification of such sources of noise emission, you can select certain properties of noise signals that belong to real objects. These parameters include, first of all, the frequency ranges of the formation of noise signals, signal levels, and their lifetime. In addition, the variability of the level of the received total signal is related to the peculiarities of the noise emission of marine bioacoustics, which is associated, first of all, with the different positions of noises of biological origin in distance and direction. As a rule, a sufficient interfering level can be created by the simultaneous radiation of a large number of marine biological objects, which have some random compact position and simultaneous radiation. Therefore, the level of noise emission of these signals has a large spread in space and range, which affects their statistical characteristics. The noise emission signal of real objects is more stable in specific frequency ranges, which is explained by the stable operation of mechanisms and uniform rectilinear motion at a constant speed.

Частотные диапазоны, как правило, являются принадлежностью конкретной гидроакустической системы, которая может использоваться в различных условиях. Может быть использован один частотный диапазон, может быть два частотных диапазона, может быть три и более, что определяется используемой антенной и решаемыми задачами в конкретных условиях.Frequency bands are usually associated with a specific sonar system that can be used in various conditions. One frequency range can be used, there can be two frequency ranges, there can be three or more, which is determined by the antenna used and the tasks to be solved in specific conditions.

Поскольку сигналы излучения морской биоакустики носят случайный характер и их энергетические и статистические характеристики неизвестны, то предлагается процедура искусственного сокращения числа мешающих отметок на индикаторе, которые обусловлены сигналами морской биоакустики с использованием признаков реальных сигналов. Как правило, уровень одиночного излучения сигнала морской биоакустике меньше, чем сигнал шумоизлучения цели и длительность его на экране панорамного индикатора ограничена и по времени и по пространству. Сигнал шумоизлучения реальной малошумной цели по пространству отображается на индикаторе не больше, чем в 4-5 пространственных каналах, а по времени длина трассы определяется временем сопровождения. Таким образом, имеются некоторые параметры, которые позволяют ограничить объем отображаемых сигналов морской биоакустики, выводимых на индикатор. По пространству эти сигналы формируются точечным источником шумоизлучения, поэтому на индикаторе трасса имеет случайную протяженность, определяемую протяженностью положения сигналов биоакустики, амплитуды которых случайно суммируются по пространству и по времени. Кроме того, протяженность по времени сигнала одиночного источника ограничена длительностью излучения не более 100 мс, которая определяется физическими возможностями биологического источника (В.Н Таволга «Морская биоакустика». Судостроение. Л. 1969 г.). Это существенно меньше, чем протяженность по времени сигнала шумоизлучения реальной цели на трассе, которая отображается на индикаторе. Поскольку на одном направлении могут находиться достаточно много одиночных источников излучения (там же), то амплитуды этих сигналов могут суммироваться случайным образом, формируя случайный шумовой процесс по времени и по пространству. Это приводит к случайному отображению объекта биоакустики на экране индикатора по времени или появлению нестационарных трасс по пространству. Поскольку они суммируются не когерентно, то суммарная амплитуда таких трасс будет меньше, чем амплитуды трасс объектов, а сами трассы на индикаторе будут кратковременны по протяженности. В качестве исходного порога может быть выбрано минимальное значение отображаемого сигнала в одном из пространственных каналов ∑Ajmin, где нет сигнала шумоизлучения биоакустики и нет сигнала шумоизлучения реальной цели, что будет соответствовать уровню шумовой помехи, обусловленной уровнем внешнего пространственного шума на входе антенны, который зависит от скорости движения и внешних шумов судоходства. Этот подход исходит из того факта, что не на всех пространственных каналах статического веера характеристик направленности, выводимых в текущем временном интервале, наблюдается сигнал шумоизлучения биоакустики или сигнал шумоизлучения цели. В качестве энергии сигнала используется сумма спектральных составляющих каждого пространственного канала на текущем временном интервале для каждого частотного диапазона. В каждом пространственном канале и в каждом частотном диапазоне определяется энергия как сумма амплитуд спектральных составляющих на выходе процессора БПФ. Для выбора порога следует определить среднее значение суммы амплитуд по всем пространственным каналам текущего временного интервала по каждому частотному диапазону. Это значение должно быть больше, чем минимальное значение, измеренное в канале по каждому частотному диапазону. Выбирается порог Аkпор равный среднему значению плюс минимальный уровень, измеренный по каждому частотному диапазону, определяемый собственными шумами, то есть

Figure 00000004
Выбираются пространственные каналы, в которых сумма амплитуд превысила порог в каждом частотном диапазоне. Выбираются соседние пространственные каналы, в которых сумма амплитуд превысила порог в каждом частотном диапазоне. Запоминаются N и более соседних пространственных каналов, в которых сумма амплитуд превысила порог в каждом частотном диапазоне. Повторяют измерение и сравнение в V последовательных временных интервалах. На индикатор выводятся только те соседние пространственные каналы, в которых сумма амплитуд превысила порог в каждом частотном диапазоне по V последовательным временным наборам и N пространственным каналам. Поэтому кратковременные сигналы по времени и по пространству, принадлежащие сигналам морской биоакустики не будут отображаться. В процессе работы в реальных условиях, число пространственных каналов (порог по пространству) и число временных интервалов обработки (порог по времени) можно изменить, что позволит адаптировать алгоритм работы к конкретным источникам шумоизлучения не только морской биоакустики, но к источникам торошения льда в северных широтах, источникам шумоизлучения, связанным с шумом берегового прибоя и т.д.Since the radiation signals of marine bioacoustics are random in nature and their energy and statistical characteristics are unknown, a procedure is proposed for artificially reducing the number of interfering marks on the indicator, which are caused by signals of marine bioacoustics using the signs of real signals. As a rule, the level of a single emission of a marine bioacoustics signal is less than the target's noise emission signal and its duration on the panoramic display screen is limited both in time and space. The signal of noise emission of a real low-noise target in space is displayed on the indicator no more than in 4-5 spatial channels, and in time the length of the trace is determined by the tracking time. Thus, there are some parameters that allow you to limit the amount of displayed marine bioacoustics signals displayed on the indicator. In space, these signals are formed by a point source of noise emission, therefore, on the indicator, the track has a random length, determined by the length of the position of bioacoustics signals, the amplitudes of which are randomly summed up in space and time. In addition, the duration of the signal of a single source is limited by the duration of radiation not more than 100 ms, which is determined by the physical capabilities of the biological source (VN Tavolga "Marine bioacoustics". Shipbuilding. L. 1969). This is significantly less than the length in time of the noise emission signal of a real target on the path, which is displayed on the indicator. Since there can be quite a lot of single radiation sources in one direction (ibid.), The amplitudes of these signals can be summed up randomly, forming a random noise process in time and space. This leads to a random display of the bioacoustics object on the indicator screen in time or the appearance of non-stationary traces in space. Since they are not summed coherently, the total amplitude of such traces will be less than the amplitudes of the traces of objects, and the traces themselves on the indicator will be short-lived in length. The minimum value of the displayed signal in one of the spatial channels ∑Ajmin, where there is no bioacoustics noise signal and no noise emission signal of a real target, can be selected as the initial threshold, which will correspond to the noise interference level caused by the level of external spatial noise at the antenna input, which depends on speed of movement and external noise of shipping. This approach is based on the fact that not all spatial channels of the static fan of directivity characteristics displayed in the current time interval have a bioacoustics noise emission signal or a target noise emission signal. The sum of spectral components of each spatial channel in the current time interval for each frequency range is used as the signal energy. In each spatial channel and in each frequency range, the energy is determined as the sum of the amplitudes of the spectral components at the output of the FFT processor. To select the threshold, the average value of the sum of the amplitudes should be determined for all spatial channels of the current time interval for each frequency range. This value must be greater than the minimum value measured in the channel for each frequency range. The threshold A kthor is selected equal to the average value plus the minimum level measured for each frequency range, determined by its own noise, that is
Figure 00000004
Spatial channels are selected in which the sum of the amplitudes exceeded the threshold in each frequency range. Adjacent spatial channels are selected in which the sum of the amplitudes exceeded the threshold in each frequency range. N and more adjacent spatial channels are stored, in which the sum of the amplitudes exceeded the threshold in each frequency range. The measurement and comparison are repeated at V consecutive time intervals. The indicator displays only those adjacent spatial channels in which the sum of the amplitudes has exceeded the threshold in each frequency range for V successive time sets and N spatial channels. Therefore, short-term signals in time and space belonging to signals from marine bioacoustics will not be displayed. In the process of working in real conditions, the number of spatial channels (threshold in space) and the number of processing time intervals (threshold in time) can be changed, which will allow adapting the operation algorithm to specific sources of noise emission not only of marine bioacoustics, but also to sources of hummocking in northern latitudes noise sources associated with coastal surf noise, etc.

Таким образом, решается задача исключения из отображаемой информации на индикаторе сигналов шумоизлучения морских биологических объектов за счет предварительной селекции выводимой информации по уровню шумоизлучения, по пространственному положению источника шумоизлучения, по наличию стабильной трассы источника шумоизлучения во времени.Thus, the problem of excluding from the displayed information on the indicator signals of noise emission of marine biological objects is solved due to preliminary selection of the output information by the level of noise emission, by the spatial position of the source of noise emission, by the presence of a stable path of the source of noise emission in time.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлена блок-схема системы, реализующей предлагаемый способ.The essence of the invention is illustrated in FIG. 1, which shows a block diagram of a system that implements the proposed method.

Система шумопеленгования (фиг. 1) содержит последовательно соединенные антенну 1 со статическим веером характеристик направленности, аналогово-цифровой преобразователь 2 АЦП и спецпроцессор 3. Спецпроцессор 3 содержит последовательно соединенные блок 4 спектральной обработки БПФ, блок 5 формирования частотных диапазонов, блок 6 измерения уровня сигналов по каждому пространственному каналу и каждому частотному диапазону, блок 7 выбора минимального уровня сигнала по пространственному каналу в каждом частотном диапазоне, блок 8 формирования порога, блок 9 определения пространственных каналов содержащих превышение порога, блок 10 памяти информации по последовательным временным интервалам, блок 11 отображения информации на индикаторе. Выход блока 12 корректировки порога соединен со вторым входом блока 9, выход блока 13 корректировки по пространственным каналам соединен со вторым входом блока 9, выход блока 14 корректировки по времени соединен со вторым входом блоком 10.The noise direction finding system (Fig. 1) contains a series-connected antenna 1 with a static fan of directional characteristics, an analog-to-digital converter 2 ADC and a special processor 3. The special processor 3 contains a series-connected block 4 for spectral processing of the FFT, a block 5 for generating frequency ranges, a block 6 for measuring the signal level for each spatial channel and each frequency range, unit 7 for selecting the minimum signal level for the spatial channel in each frequency range, unit 8 for generating a threshold, unit 9 for determining spatial channels containing threshold exceeding, unit 10 for memory of information on successive time intervals, unit 11 for displaying information on the indicator. The output of the block 12 for correcting the threshold is connected to the second input of the block 9, the output of the block 13 for correcting the spatial channels is connected to the second input of the block 9, the output of the block 14 for correcting in time is connected to the second input by the block 10.

Сигнал шумоизлучения объекта принимается статическим веером характеристик направленности системы шумопеленгования 1 и передается на многоканальный аналогово-цифровой преобразователь, который формирует временную последовательность по всем пространственным каналам. Эта последовательность временных отсчетов поступает в блок 4 спецпроцессора 3 спектральной обработки БПФ.The signal of the object's noise emission is received by a static fan of directivity characteristics of the noise direction finding system 1 and transmitted to a multichannel analog-to-digital converter, which forms a time sequence along all spatial channels. This sequence of time samples goes to block 4 of the special processor 3 spectral processing FFT.

Система шумопеленгования со статическим веером характеристик направленности является известным устройством, которое используется в современной гидроакустической технике (Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. «Корабельная гидроакустическая техника». Санкт Петербург, изд. Наука, 2004 г., на стр. 46).A sound direction finding system with a static fan of directivity characteristics is a well-known device that is used in modern hydroacoustic technology (Koryakin Yu.A., Smirnov S.A., Yakovlev G.V. "Ship sonar technology". St. Petersburg, Nauka ed., 2004 ., on page 46).

Цифровые спецпроцессоры являются известными устройствами, которые предназначены для осуществления конкретных алгоритмов обработки с использованием аппаратных решений и жесткой логикой вычислений. Их применение повышает быстродействие цифровых вычислительных систем в несколько раз, и в большинстве случаев сокращает аппаратные затраты. Описания спецпроцессоров приведены в книге Корякина Ю.А., Смирнова С.А., Яковлева Г.В. «Корабельная гидроакустическая техника». Санкт Петербург, изд. Наука, 2004 г., на стр. 281. Там же приведено описание гидроакустических комплексов, построенных на основе спецпроцессоров стр. 296, стр. 328.Digital special processors are known devices that are designed to implement specific processing algorithms using hardware solutions and hard computing logic. Their use increases the speed of digital computing systems several times, and in most cases reduces hardware costs. Descriptions of special processors are given in the book by Yu.A. Koryakin, S.A. Smirnov, G.V. Yakovlev. "Ship sonar technology". St. Petersburg, ed. Science, 2004, p. 281. There is also a description of hydroacoustic systems built on the basis of special processors p. 296, p. 328.

Реализацию заявленного способа целесообразно рассмотреть на примере работы устройства (фиг. 1).It is advisable to consider the implementation of the claimed method using the example of the operation of the device (Fig. 1).

Определенные в блоке 4 спектры сигналов шумоизлучения поступают в блок 5 формирования частотных диапазонов, в которых производится выделение энергетических и спектральных параметров сигнала. В каждом пространственном канале производится идентичная полосовая обработка принятых сигналов с целью отображения уровня сигналов обнаруженных целей по пространству и по времени. Чтобы не забивать на экране отображения ненужной информацией, которая ухудшает наблюдение и принятие решения оператором, производится предварительная селекция. Селекция производится по уровню принятых сигналов в частотных диапазонах, по пространственному отображению и по времени существования сигнала. Предварительно выбирается порог, который формируется по минимальному уровню сигнала в частотных диапазонах в одном из пространственных каналов в блоке 7. Как уже говорилось, уровень этого сигнала соответствует уровню внешнего пространственного шума на входе антенны, который зависит от скорости движения и внешних шумов судоходства. Для снижения вероятности ложной тревоги пороговый уровень должен быть выше этого уровня. Для этого определятся средний уровень принимаемых сигналов по всем пространственным каналам и средний уровень минимального сигнала, и устанавливается порог, равный

Figure 00000005
Определение порога производится в блоке 8 по каждому частотному диапазону. Это связано с тем, что сигнал от реальной цели существует во всех частотных диапазонах, а сигнал шумов биоакустики не может существовать во всех частотных диапазонах в силу специфики формирования, которая ограничена физическими возможностями биологического источника. В блоке 9 производится выбор пространственных каналов, в которых уровень сигнала превысил порог в N и более соседних пространственных каналах одновременно в выбранных частотных диапазонах. В блоке 10 определяется временная протяженность сигнала шумоизлучения, для чего запоминаются информация по пространственным каналам на протяжении, по крайней мере, V последовательных временных интервалов. Таким образом, отсеиваются сигналы, ограниченные порогами по уровню, по частотным диапазонам, по времени и по пространству. В известных условиях наблюдались 3 соседних пространственных канала и 3 последовательных временных интервала, что позволяло исключить конкретный вид биоакустики. После выполнения этих условий принимается решение о наличии сигнала от реальной цели и выдается команда на отображении сигнала на индикаторе. В процессе работы могут встречаться неизвестные источники шумоизлучения, которые будут затруднять процедуру обнаружения и слежения за сигналом от реального объекта. Для корректировки решения об отображении предусмотрены дополнительные блоки 12 корректировки порога по уровню, блок 13 корректировки порога по пространству и блок 14 корректировки порога по времени. Вопросы, связанные с цифровой обработкой сигналов, которая обеспечивает последовательную процедуру использования разрабатываемых алгоритмов, рассмотрены в пособии А.Б. Сергиенко «Цифровая обработка сигналов», Санкт Петербург, 2011 г.The spectra of the noise emission signals determined in block 4 are fed to the block 5 for the formation of frequency ranges, in which the energy and spectral parameters of the signal are extracted. In each spatial channel, identical band-pass processing of the received signals is performed in order to display the signal level of detected targets in space and time. In order not to clog the display screen with unnecessary information that impairs the observation and decision-making of the operator, preselection is performed. The selection is made by the level of the received signals in the frequency ranges, by the spatial mapping and by the signal lifetime. The threshold is preselected, which is formed by the minimum signal level in the frequency ranges in one of the spatial channels in block 7. As already mentioned, the level of this signal corresponds to the level of external spatial noise at the antenna input, which depends on the speed of movement and external noise of navigation. To reduce the likelihood of false alarms, the threshold level should be higher than this level. For this, the average level of the received signals for all spatial channels and the average level of the minimum signal are determined, and the threshold is set equal to
Figure 00000005
The threshold is determined in block 8 for each frequency range. This is due to the fact that the signal from a real target exists in all frequency ranges, and the bioacoustics noise signal cannot exist in all frequency ranges due to the specificity of formation, which is limited by the physical capabilities of the biological source. In block 9, spatial channels are selected, in which the signal level has exceeded the threshold in N or more adjacent spatial channels simultaneously in the selected frequency ranges. In block 10, the time extent of the noise emission signal is determined, for which information on spatial channels is stored for at least V consecutive time intervals. Thus, signals limited by thresholds in level, in frequency ranges, in time and in space are eliminated. Under certain conditions, 3 adjacent spatial channels and 3 consecutive time intervals were observed, which made it possible to exclude a specific type of bioacoustics. After these conditions are met, a decision is made on the presence of a signal from a real target and a command is issued to display the signal on the indicator. During operation, unknown sources of noise emission may occur, which will complicate the procedure for detecting and tracking the signal from a real object. To correct the display decision, additional blocks 12 for adjusting the level threshold, block 13 for adjusting the threshold in space and block 14 for adjusting the threshold in time are provided. Questions related to digital signal processing, which provides a consistent procedure for using the developed algorithms, are considered in the manual by A.B. Sergienko "Digital Signal Processing", St. Petersburg, 2011

Таким образом, обеспечивается уменьшение ложных трасс и случайных сигналов на экране индикатора. Полученные данные дают повышенную вероятность того, что последующие оценки выводимых спектров будут принадлежать реальной цели, а не источнику биологического шума.Thus, the reduction of false traces and random signals on the indicator screen is ensured. The data obtained give an increased likelihood that subsequent estimates of the output spectra will belong to the real target, and not to the source of biological noise.

Claims (1)

Способ отображения гидроакустической информации, содержащий прием сигнала статическим веером из S характеристик направленности, при котором с выхода каждого пространственного канала производят набор дискретизированных отсчетов на фиксированном временном интервале Т, производят спектральный анализ временного набора отсчетов с выхода каждого пространственного канала, который выполняют с использованием процедуры БПФ, с выхода каждого пространственного канала выделенный спектр разделяют на k частотных диапазонов, определяют сумму амплитуд ∑Аjk спектральных составляющих каждого частотного диапазона в каждом канале и отображают на индикаторе информацию в цветном яркостном виде, отличающийся тем, что в качестве уровня помехи выбирают минимальное значение суммы ∑Ajmin амплитуд сигнала в пространственном канале, для выбора порога определяют среднее значение суммы амплитуд
Figure 00000006
по всем пространственным каналам S текущего временного интервала по каждому частотному диапазону, определяют порог Аkпор по каждому частотному диапазону как
Figure 00000007
определяют пространственные каналы, в которых ∑Аjk > Аkпор в каждом частотном диапазоне, и определяют из них соседние, запоминают те соседние пространственные каналы, в которых это условие соблюдается более чем для N соседних пространственных каналов, повторяют операции измерения и сравнения по V последовательным временным интервалам и для отображения на индикаторе выводят те соседние пространственные каналы, в которых наблюдается превышение порога во всех V временных интервалах.A method for displaying hydroacoustic information, comprising receiving a signal with a static fan from S directional characteristics, in which a set of sampled samples is produced from the output of each spatial channel at a fixed time interval T, a spectral analysis of the time set of samples from the output of each spatial channel is performed using the FFT procedure , from the output of each spatial channel, the allocated spectrum is divided into k frequency ranges, the sum of the amplitudes ∑Аjk of the spectral components of each frequency range in each channel is determined, and information is displayed on the indicator in a color brightness form, characterized in that the minimum value of the sum ∑ Ajmin signal amplitudes in the spatial channel, to select the threshold, determine the average value of the sum of the amplitudes
Figure 00000006
for all spatial channels S of the current time interval for each frequency range, determine the threshold A kthor for each frequency range as
Figure 00000007
determine the spatial channels in which ∑Ajk> A kthr in each frequency range, and determine the adjacent ones, store those adjacent spatial channels in which this condition is met for more than N adjacent spatial channels, repeat the measurement and comparison operations in V successive time intervals and for displaying on the indicator those adjacent spatial channels in which the threshold is exceeded in all V time intervals are displayed.
RU2019118830A 2019-06-17 2019-06-17 Hydroacoustic information displaying method RU2736188C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118830A RU2736188C9 (en) 2019-06-17 2019-06-17 Hydroacoustic information displaying method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118830A RU2736188C9 (en) 2019-06-17 2019-06-17 Hydroacoustic information displaying method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2736188C1 RU2736188C1 (en) 2020-11-12
RU2736188C9 true RU2736188C9 (en) 2020-12-29

Family

ID=73460983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019118830A RU2736188C9 (en) 2019-06-17 2019-06-17 Hydroacoustic information displaying method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2736188C9 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2789101C1 (en) * 2022-03-29 2023-01-30 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method for processing and displaying signals in a hydro-acoustic station with a flexible extended towed antenna

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115783167B (en) * 2022-11-04 2023-08-11 哈尔滨工程大学 Sonar self-noise evaluation method and system in ship design stage

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110128820A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-02 Raytheon Company System and method for discriminating a subsurface target in the water from a surface target in the water
RU2546851C1 (en) * 2013-12-11 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method of classification of hydroacoustic signals of sea object noise emission
RU2602759C1 (en) * 2015-09-07 2016-11-20 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of object in aqueous medium automatic detection and classification
RU2603886C1 (en) * 2015-08-25 2016-12-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of sea object sonar noise emission signals classifying
RU2660219C1 (en) * 2017-09-12 2018-07-05 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of classifying sonar echo
RU2711406C1 (en) * 2018-09-12 2020-01-17 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of classification of hydro acoustic signals of marine objects noise emission

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110128820A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-02 Raytheon Company System and method for discriminating a subsurface target in the water from a surface target in the water
RU2546851C1 (en) * 2013-12-11 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method of classification of hydroacoustic signals of sea object noise emission
RU2603886C1 (en) * 2015-08-25 2016-12-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of sea object sonar noise emission signals classifying
RU2602759C1 (en) * 2015-09-07 2016-11-20 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of object in aqueous medium automatic detection and classification
RU2660219C1 (en) * 2017-09-12 2018-07-05 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of classifying sonar echo
RU2711406C1 (en) * 2018-09-12 2020-01-17 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of classification of hydro acoustic signals of marine objects noise emission

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2789101C1 (en) * 2022-03-29 2023-01-30 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method for processing and displaying signals in a hydro-acoustic station with a flexible extended towed antenna
RU2810699C1 (en) * 2023-05-15 2023-12-28 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for classifying hydroacoustic noise emission signals of marine target
RU2812004C1 (en) * 2023-05-22 2024-01-22 Акционерное Общество "ТРАНЗАС Консалтинг" Hydroacoustic system for detecting underwater objects and method for detecting underwater objects using such system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2736188C1 (en) 2020-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2473924C1 (en) Method of detecting and classifying signal from target
EP1938126B1 (en) Sonar system and method providing low probability of impact on marine mammals
RU2711406C1 (en) Method of classification of hydro acoustic signals of marine objects noise emission
RU2528556C1 (en) Method of processing sonar echo signal
RU2529441C1 (en) Method of processing sonar information
RU2548400C1 (en) Method for combined estimation of distance to noisy object in sea and noisiness thereof
RU2461020C1 (en) Method for automatic classification
Diamant et al. An active acoustic track-before-detect approach for finding underwater mobile targets
RU2687994C1 (en) Method of classification of marine objects based on weight coefficients of their classification features
US10001550B2 (en) Method for automatic classification of radar objects
JP2007507691A (en) Sonar systems and processes
RU2653585C1 (en) Method of detecting the noise-producing, moving in the sea objects
CN105759268A (en) SAR image CFAR adaptive rapid detection method based on multithreading
RU2466419C1 (en) Method of classifying sonar echo signal
RU2650835C1 (en) Method of the target parameters determining by the sonar
Xu et al. Fuzzy statistical normalization CFAR detector for non-Rayleigh data
RU2684439C1 (en) Method of panoramic classification of the noise objects
Cotter et al. Classification of broadband target spectra in the mesopelagic using physics-informed machine learning
Hu et al. A new way to model nonstationary sea clutter
RU2736188C9 (en) Hydroacoustic information displaying method
RU2465618C1 (en) Automatic classification system of short-range hydrolocator
RU2225991C2 (en) Navigation sonar to illuminate near situation
RU2262121C2 (en) Method of classification of noisy objects
Pflug et al. Variability in higher order statistics of measured shallow-water shipping noise
RU2305297C2 (en) Device with correlation shaper of directivity characteristics for detection of signals and determination of direction to their source

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 32-2020 FOR INID CODE(S) (73)