RU2746312C1 - Method of detecting noise emission of marine underwater object - Google Patents
Method of detecting noise emission of marine underwater object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746312C1 RU2746312C1 RU2020117401A RU2020117401A RU2746312C1 RU 2746312 C1 RU2746312 C1 RU 2746312C1 RU 2020117401 A RU2020117401 A RU 2020117401A RU 2020117401 A RU2020117401 A RU 2020117401A RU 2746312 C1 RU2746312 C1 RU 2746312C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- underwater object
- afc
- noise
- input
- marine underwater
- 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
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/04—Systems determining presence of a target
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способу регистрации шумоизлучения морского подводного объекта в широкой полосе частот и может быть использовано при регистрации шумоизлучения морского подводного объекта в условиях повышенного уровня и нестационарности фоновых шумов (помех) в пределах времени регистрации прохода морского подводного объекта. Изобретение может быть использовано для регистрации шумоизлучения движущегося морского подводного объекта, а также может быть использовано для обнаружения морских подводных объектов подводным объектом, находящимся в неблагоприятных, для обнаружения, гидрологических условиях.The invention relates to the field of hydroacoustics, namely to a method for recording the noise emission of a marine underwater object in a wide frequency band and can be used for recording the noise emission of a marine underwater object in conditions of an increased level and non-stationarity of background noise (interference) within the time of registration of the passage of a marine underwater object. The invention can be used to register the noise emission of a moving underwater marine object, and can also be used to detect marine underwater objects by an underwater object located in unfavorable hydrological conditions for detection.
Процедура измерения шумоизлучения движущегося морского подводного объекта (МПО) заключается в фиксации уровней значения проходной характеристики, получаемых путем измерений текущих значений мощности сигналов подводного шума движущегося морского подводного объекта. Измерения производятся в условиях фоновых шумов (помех), что в реальных условиях затрудняет регистрацию проходной характеристики движущегося морского подводного объекта, поскольку при высоком уровне помех характеристика прохода оказывается искаженной случайными флуктуациями нестационарной гидроакустической помехи.The procedure for measuring the noise emission of a moving marine underwater object (MPS) consists in fixing the levels of the transmission characteristic value obtained by measuring the current values of the power of the underwater noise signals of a moving marine underwater object. The measurements are carried out in conditions of background noise (interference), which in real conditions makes it difficult to register the transmission characteristics of a moving underwater object, since at a high level of interference, the passage characteristic turns out to be distorted by random fluctuations of non-stationary hydroacoustic interference.
Существует метод выделения сигнала из смеси сигнал + помеха при регистрации проходной характеристики морского подводного объекта.There is a method for separating a signal from a signal + noise mixture when registering the transmission characteristics of a marine underwater object.
Известен метод энергетического вычитания помехи (ЭВП) при измерении шумоизлучения морского подводного объекта. Сущность метода заключается в оценке уровня помехи по краям проходной характеристики (т.е. там, где уровень полезного сигнала во много раз меньше уровня помехи) и последующего вычитания этого уровня из максимального значения проходной характеристики. [Новиков А.К. Статистические измерения и обнаружение сигналов. - СПб.: ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 2006 г., стр. 151-154].The known method of energy subtraction of interference (EEC) when measuring the noise emission of a marine underwater object. The essence of the method is to estimate the level of interference at the edges of the transmission characteristic (i.e., where the level of the useful signal is many times lower than the interference level) and then subtract this level from the maximum value of the transmission characteristic. [Novikov A.K. Statistical measurements and signal detection. - SPb .: TsNII im. acad. A.N. Krylova, 2006, pp. 151-154].
Основным недостатком метода ЭВП, взятого за прототип, является то, что этот метод имеет малую помехоустойчивость в условиях нестационарной помехи в пределах времени регистрации прохода морского подводного объекта. Кроме этого, при направленном в нос или корму характере шумоизлучения источника оценка помехи производится с большой погрешностью, обусловленной недостаточным спадом сигнальной составляющей.The main disadvantage of the EEC method, taken as a prototype, is that this method has low noise immunity in conditions of non-stationary interference within the time of registration of the passage of a sea underwater object. In addition, with the nature of the noise emission of the source directed to the bow or stern, the interference is estimated with a large error due to the insufficient decay of the signal component.
На устранение этого недостатка направлено заявленное изобретение, технической задачей которого является повышение точности измерения уровня шумоизлучения путем создания способа регистрации шумоизлучения морского подводного объекта.The claimed invention is aimed at eliminating this drawback, the technical task of which is to improve the accuracy of measuring the level of noise emission by creating a method for recording noise emission from a marine underwater object.
Реализация поставленной технической задачи позволяет добиться следующего технического результата:Implementation of the set technical task allows achieving the following technical result:
- создан способ регистрации шумоизлучения морского подводного объекта в широкой полосе частот в условиях повышенного уровня и нестационарности фоновых шумов (помех) в пределах времени регистрации прохода морского подводного объекта.- a method for recording the noise emission of a marine underwater object in a wide frequency band under conditions of an increased level and non-stationarity of background noise (interference) within the time of registration of the passage of a marine underwater object has been created.
Для достижения указанного технического результата предложен «способ регистрации шумоизлучения морского подводного объекта» с учетом постоянно изменяющейся помеховой обстановки в районе измерения, заключающийся в том, что сначала в приемном устройстве регистрируют амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) шумового поля водного пространства, затем ее используют для последующей обработки в блоке первичной обработки сигналов. Далее во время регистрации морского подводного объекта в водном пространстве в области расположения приемного устройства формируют АЧХ смеси сигнала шумоизлучения морского подводного объекта и помехи шумового поля водного пространства (АЧХ смеси), после АЧХ смеси подают на вход блока первичной обработки сигналов и используют для последующей обработки.To achieve the specified technical result, a "method for recording the noise emission of a marine underwater object" is proposed, taking into account the constantly changing interference environment in the measurement area, which consists in the fact that first the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the noise field of the water space is recorded in the receiving device, then it is used for post-processing in the block of primary signal processing. Further, during the registration of a sea underwater object in the water space in the area of the receiving device, the AFC of the mixture of the noise emission signal of the marine underwater object and the interference of the noise field of the water space (AFC of the mixture) are formed, after the AFC of the mixture is fed to the input of the primary signal processing unit and used for subsequent processing.
Принципиальным отличием от прототипа является то, АЧХ шумового поля водного пространства подают на вход временного буфера и далее на опорный вход последовательно соединенного с ним адаптивного фильтра дополнительно введенного блока адаптивно-временной обработки; после этого во время регистрации морского подводного объекта, АЧХ смеси подают на вход временного буфера и далее на основной вход адаптивного фильтра дополнительно введенного блока адаптивно-временной обработки.The fundamental difference from the prototype is that the frequency response of the noise field of the water space is fed to the input of the time buffer and then to the reference input of the adaptive filter connected in series with it of the additionally introduced block of adaptive time processing; thereafter, during the registration of a sea underwater object, the AFC of the mixture is fed to the input of the time buffer and then to the main input of the adaptive filter of the additionally introduced adaptive-time processing unit.
Затем выделенную АЧХ сигнала шумоизлучения морского подводного объекта через амплитудный детектор подают на регистрирующие устройство, где регистрируют АЧХ морского подводного объекта.Then, the selected frequency response of the noise emission signal of the marine underwater object is fed through the amplitude detector to the recording device, where the frequency response of the marine underwater object is recorded.
Заявленный способ реализован в предложенном устройстве для регистрации шумоизлучения морского подводного объекта, содержащем приемное устройство, состоящее из последовательно соединенных подводного устройства и блока согласования с возможностью передачи сигнала на вход блока первичной обработки сигналов приемного канала, содержащего последовательно соединенных блока фильтров и аналого-цифрового преобразователя, выход которого последовательно соединен с входом временного буфера блока адаптивно-временной обработки, выход которого, через опорный и основной вход соединен адаптивным фильтром блока адаптивно-временной обработки, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, выход которого через регистрирующее устройство, соединен с входом блока отображения информации.The claimed method is implemented in the proposed device for recording noise emission of a marine underwater object, containing a receiving device consisting of a series-connected underwater device and a matching unit with the possibility of transmitting a signal to the input of the primary signal processing unit of the receiving channel containing series-connected filter units and an analog-to-digital converter, the output of which is connected in series with the input of the time buffer of the time-adaptive processing unit, the output of which, through the reference and main inputs, is connected by the adaptive filter of the time-adaptive processing unit, the output of which is connected to the input of the amplitude detector, the output of which through the recording device is connected to the input of the display unit information.
Основой блока адаптивно-временной обработки (АВО), является нерекурсивный адаптивный фильтр, типа LMS с временным буфером.The basis of the block of adaptive-time processing (AVO), is a non-recursive adaptive filter, such as LMS with a time buffer.
Такое конструктивное решение изобретения за счет отличительных признаков дало новые технические эффекты.This constructive solution of the invention, due to the distinctive features, has given new technical effects.
Использование блока адаптивно-временной обработки расширило возможности изобретения, в результате которого заявленный способ производит регистрацию шумоизлучения морского подводного объекта.The use of the adaptive-time processing unit has expanded the possibilities of the invention, as a result of which the claimed method records the noise emission of a marine underwater object.
Блок адаптивно-временной обработки необходим для выделения полезного сигнала на фоне помех или в гидрологических условиях, ослабляющих уровень полезного сигнала.A time-adaptive processing unit is necessary to isolate the useful signal against the background of interference or in hydrological conditions that attenuate the level of the useful signal.
Предложенный способ экспериментально обоснован.The proposed method is experimentally substantiated.
Результаты экспериментальных исследованийExperimental research results
Для проведения экспериментальных исследований была выбрана центральная часть Уссурийского залива, представленная на фиг. 1. Уссурийский залив занимает северо-восточную часть залива Петра Великого. С северо-запада он ограничен полуостровом Муравьев-Амурский, островом Русский и островами, лежащими к юго-западу от острова Русский (см. фиг. 1).For experimental studies, the central part of the Ussuri Bay was selected, shown in Fig. 1. Ussuriiskiy Bay occupies the northeastern part of Peter the Great Bay. From the northwest, it is bounded by the Muravyov-Amursky Peninsula, Russky Island, and the islands lying southwest of Russky Island (see Fig. 1).
Уссурийский залив - крупный внутренний залив у северного берега залива Петра Великого Японского моря. Входные мысы - мыс Маячный на острове Шкота на западе и мыс Сысоева (Шкотовский район) на востоке. Длина - 51 км, ширина у входа - 42 км, глубина - до 67 м. Площадь поверхности - 1154 км². Метеорологический режим Уссурийского залива, определяют муссонная циркуляция атмосферы, географическое положение района, циклоны, тайфуны, воздействие холодного Приморского течения.Ussuriysky Bay is a large inland bay off the northern coast of Peter the Great Bay of the Sea of Japan. The entrance capes are Cape Mayachny on Shkota Island in the west and Cape Sysoeva (Shkotovsky District) in the east. Length - 51 km, width at the entrance - 42 km, depth - up to 67 m. Surface area - 1154 km². The meteorological regime of the Ussuriysky Gulf is determined by the monsoon circulation of the atmosphere, the geographical position of the region, cyclones, typhoons, the impact of the cold Primorsky current.
Среднее годовое количество осадков Уссурийского залива составляет - 700-750 мм. Атмосферные осадки в пределах всей прибрежной зоны минимальны в декабре-феврале (10-18 мм). На летний период приходится 85 % годовой суммы осадков и в августе в среднем выпадает 145 мм.The average annual precipitation in the Ussuriysky Bay is 700-750 mm. Atmospheric precipitation within the entire coastal zone is minimal in December-February (10-18 mm). The summer period accounts for 85% of the annual precipitation and in August, on average, 145 mm falls.
Наибольшее количество осадков приходится на август месяц. В осенние месяцы (октябрь-ноябрь) выпадение осадков вдоль побережья Уссурийского залива уменьшается.The greatest amount of precipitation occurs in the month of August. In the autumn months (October-November), precipitation decreases along the coast of the Ussuri Bay.
Средняя годовая температура воздуха равна примерно 6°C. Влажность воздуха на акватории Уссурийского залива характеризуется повышенными значениями, изменчивость которых находится в зависимости от типа атмосферной циркуляции (зимний и летний муссон, переходные периоды), погодных условий, времени суток и географического положения района.The average annual air temperature is approximately 6 ° C. Air humidity in the water area of the Ussuri Bay is characterized by increased values, the variability of which depends on the type of atmospheric circulation (winter and summer monsoon, transitional periods), weather conditions, time of day and geographical location of the area.
Во время зимних муссонов, с октября-ноября по март преобладают северные и северо-западные ветра. В это время средние месячные значения скорости по многолетним данным максимальны в районе отдельных островов и мысов южной части акватории (9-12 м/с) и минимальны в северной, более закрытой части залива (2-3 м/с). Средняя годовая скорость ветра меняется от 1 м/с. В отдельные дни скорость ветра может достигать 40 м/сек. В летний период средняя месячная скорость ветра меньше, чем в зимний.During the winter monsoons, from October-November to March, north and north-west winds prevail. At this time, the average monthly velocity values according to long-term data are maximum in the area of individual islands and capes in the southern part of the water area (9-12 m / s) and minimum in the northern, more closed part of the bay (2-3 m / s). The average annual wind speed varies from 1 m / s. On some days, the wind speed can reach 40 m / s. In summer, the average monthly wind speed is less than in winter.
На фиг. 2. представлена схема размещение подводных модулей (ПМ), маршрут движения морского подводного объекта при проведении экспериментальных исследований. Морской подводный объект двигался по указанному маршруту со скоростью хода 1 м/с.FIG. 2. shows a diagram of the placement of underwater modules (PM), the route of movement of a marine underwater object during experimental research. The marine underwater object moved along the specified route at a speed of 1 m / s.
При проведении исследований производилась одновременная запись шумов морской акватории и шумоизлучения морского подводного объекта на ненаправленное приемное устройство.During the research, the noise of the sea water area and the noise emission of the sea underwater object were simultaneously recorded on a non-directional receiver.
Для обработки полученных в ходе проведения экспериментальных исследований записей, в качестве анализируемых сигналов помехи выбирались сигналы с ПУ ПМ-2 на временном интервале с 13:21-14:21, а сигнала с помехой 14:21-15:21, когда морской подводный объект выполнял движение по маршруту, показанному прерывистой линией от точки 1 до точки 2 (см. фиг. 2).To process the records obtained in the course of the experimental research, the signals from the PU PM-2 in the time interval from 13: 21-14: 21 were selected as the analyzed interference signals, and the signal with interference from 14: 21-15: 21, when the underwater object performed movement along the route shown by the broken line from
На следующем этапе исследования была разработана схема адаптивно-временной обработки, основой которой является блок адаптивно-временной обработки с нерекурсивным адаптивным фильтром, типа LMS и временным буфером, фиг. 3.At the next stage of the study, a time-adaptive processing scheme was developed, the basis of which is an adaptive-time processing block with a non-recursive adaptive filter, such as LMS and a time buffer, Fig. 3.
Как показано на фиг. 3 отличительной особенностью адаптивно-временной обработки сигнала является наличие в схеме обработки временного буфера с параметром - τ. В начале работы схемы на приемное устройство поступает амплитудно-частотная характеристика шумового поля водного пространства в виде суммы двух помех ξ(t) и m(t), которая записывается в 1-ую ячейку памяти временного буфера. По истечении времени записи помехи, определяемого параметром - τ, эта ячейка подключается через электронный ключ к опорному входу адаптивного фильтра (АФ), куда поступает сумма двух помех ξ1(k)τ и m1(k)τ, в виде сигнала x(k). По истечении времени τ в следующий момент времени при вероятном появлении морского подводного объекта s(t) в области действия приемного устройства через временной буфер и электронный ключ на основной вход АФ подается АЧХ смеси полезного сигнала s(k)τ и сумма помех ξ0(k)τ и m0(k)τ, со 2-ой ячейки памяти временного буфера, также в течение времени τ.As shown in FIG. 3, a distinctive feature of the time-adaptive signal processing is the presence in the processing circuit of a time buffer with the parameter - τ. At the beginning of the circuit, the receiving device receives the amplitude-frequency characteristic of the noise field of the water space in the form of the sum of two interference ξ (t) and m (t), which is written into the 1st memory cell of the time buffer. After the expiration of the noise recording time, determined by the parameter - τ, this cell is connected through an electronic switch to the reference input of the adaptive filter (AF), where the sum of two disturbances ξ 1 (k) τ and m 1 (k) τ is received , in the form of a signal x ( k). After a time τ in a next time when the occurrence probability subsea facility s (t) in the scope of the receiving device via the temporary buffer and the electronic key to the primary input AF served AFC useful signal mixtures s (k) τ and the sum of noise ξ 0 (k ) τ and m 0 (k) τ , from the 2nd memory cell of the temporary buffer, also during the time τ.
Помехи ξ0(k)τ и ξ1(k)τ имеют общий источник и, следовательно, коррелированы между собой и отличаются лишь тем, что приходят на основной и опорный вход в разные временные промежутки, определяемые временем стационарности помехи. Помехи m1(k)τ и m0(k)τ не коррелированы друг с другом, а также с сигналом s(t) и с помехами ξ0(k)τ и ξ1(k)τ. В адаптивном фильтре обрабатываются предварительно дискретизированные сигналы. Сигналы на основном и опорном входе преобразуются в сигналы d(k) = s(k)+ ξ0(k) + m0(k) и x(k) = ξ1(k) + m1(k) соответственно.The interference ξ 0 (k) τ and ξ 1 (k) τ have a common source and, therefore, are correlated with each other and differ only in that they arrive at the main and reference inputs at different time intervals determined by the stationarity time of the interference. The interference m 1 (k) τ and m 0 (k) τ are not correlated with each other, as well as with the signal s (t) and with the interference ξ 0 (k) τ and ξ 1 (k) τ . The adaptive filter processes pre-sampled signals. The signals at the main and reference inputs are converted into signals d (k) = s (k) + ξ 0 (k) + m 0 (k) and x (k) = ξ 1 (k) + m 1 (k), respectively.
Помеха в опорном входе проходит через адаптивный фильтр, а затем вычитается из смеси сигнала и помехи в основном входе. При этом эффективность компенсации помех будет определяться степенью коррелированности помех на основном и опорном входах, которое будет определяться временем стационарности помеховой составляющей. Помехи, не коррелированные между собой останутся не скомпенсированными. Адаптивный алгоритм компенсации коррелированной части аддитивной помехи производился по алгоритму, реализующему критерий максимума отношения сигнал/помеха на выходе адаптивного фильтра.Noise at the reference input passes through an adaptive filter and then subtracts from the signal / noise mixture at the main input. In this case, the effectiveness of interference compensation will be determined by the degree of correlation of interference at the main and reference inputs, which will be determined by the stationarity time of the interference component. Interference that is not correlated with each other will remain uncompensated. The adaptive algorithm for compensating the correlated part of the additive noise was carried out according to an algorithm that implements the criterion for the maximum signal-to-noise ratio at the output of the adaptive filter.
При отсутствии морского подводного объекта в области действия приемного устройства на выходе адаптивного фильтра в схеме последетекторной обработки не произойдет выделение дискретных составляющих (ДС) в амплитудной огибающей (АО) сигнала шумоизлучения или выделения проходной характеристики морского подводного объекта. После чего через электронный ключ записанный сигнал во 2-ую ячейку памяти временного буфера перемещается в 1-ую ячейку и представляет собой помеху, а во вторую ячейку памяти происходит запись сигнала в следующее время, определяемое параметром τ. Так будет последовательно происходить процесс адаптивно-временной обработки, до момента срабатывания схемы обнаружения.In the absence of a marine underwater object in the area of the receiving device at the output of the adaptive filter in the post-detection processing circuit, the discrete components (DS) in the amplitude envelope (AO) of the noise emission signal or the transmission characteristic of the marine underwater object will not be separated. After that, through the electronic key, the recorded signal into the 2nd memory cell of the temporary buffer is moved to the 1st cell and is an interference, and the signal is recorded into the second memory cell at the next time, determined by the parameter τ. This is how the process of adaptive-time processing will take place sequentially until the detection circuit is triggered.
Далее полученные реализации сигналов обрабатывались с использовании классической схемы типового тракта обнаружения и по схеме предлагаемого способа, как показано на фиг. 4, где ПМ - приемный модуль, (ПФ) - полосовой фильтр, (ИНТ) - интегратор, блок АВО - блок адаптивно-временной обработки с нерекурсивным адаптивным фильтром типа LMS, и временным буфером, СА - спектроанализатор.Further, the obtained signal realizations were processed using the classical scheme of a typical detection path and according to the scheme of the proposed method, as shown in Fig. 4, where PM is a receiving module, (PF) is a band-pass filter, (INT) is an integrator, AVO unit is an adaptive-time processing unit with a non-recursive adaptive filter of the LMS type and a time buffer, CA is a spectrum analyzer.
На фиг. 5 представлены сонограммы несущих записей сигналов с ненаправленного ПУ ПМ-2 в промежутки времени 13:21-14:21 и 14:21-15:21соответственно.FIG. 5 shows the sonograms of the bearing records of signals from the non-directional PU PM-2 in the time intervals 13: 21-14: 21 and 14: 21-15: 21, respectively.
Из анализа сонограмм, представленных на фиг. 5 видно, что в низкочастотной области до 100 Гц, проявляется большое количество дискретных составляющих, при этом на сонограмме в промежуток времени с 14 ч 21 минуты (фиг. 5б) видно, что проявляется интерференционная картина, возможно характеризующая движение морского подводного объекта.From the analysis of the sonograms shown in FIG. 5 it can be seen that in the low-frequency region up to 100 Hz, a large number of discrete components are manifested, while the sonogram in the time interval from 2:21 pm (Fig.5b) shows that an interference pattern appears, possibly characterizing the movement of a marine underwater object.
Проведенные расчеты амплитудной огибающей (АО) сигнала в полосе частот от 20 до 100 Гц, с помощью квадратурного амплитудного детектора, показали, что происходит выделение дискретных составляющих (ДС) как вально-лопастного звукоряда (ВЛЗР) морского подводного объекта, так и дискрет, затрудняющих его выделение.The performed calculations of the amplitude envelope (AO) of the signal in the frequency band from 20 to 100 Hz, using a quadrature amplitude detector, showed that there is a selection of discrete components (DS) of both the vane scale (VLZR) of a marine underwater object, and the discrete its allocation.
На фиг. 6 представлены сонограмма и спектр огибающей записей сигнала с ПУ ПМ-2, после классической схемы обработки, без применения блока адаптивно-временной обработки.FIG. 6 shows the sonogram and the envelope spectrum of the signal records from the PU PM-2, after the classical processing scheme, without the use of the adaptive-time processing unit.
Из анализа сонограмы и накопленного за 200 сек. спектра огибающей записи сигнала с ПУ ПМ-2 (участок выделен белым квадратом) видно, что на ПМ-2 происходит выделение вально-лопастного звукоряда (ВЛЗР) морского подводного объекта при соотношении сигнал\помеха дискретных составляющих (ДС) ВЛЗР на 8-16 дБ.From the analysis of the sonogram and accumulated over 200 sec. the spectrum of the envelope of the signal recording from the PU PM-2 (the area is highlighted with a white square) it can be seen that on the PM-2 there is a selection of a vane-lobe scale (VLZR) of a marine underwater object with a signal / noise ratio of discrete components (DS) VLZR of 8-16 dB ...
На фиг. 7 представлены сонограмма и спектр огибающей записей сигнала с ПУ ПМ-2 после включения блока адаптивно-временной обработки с адаптивным фильтром типа LMS и временным буфером.FIG. 7 shows the sonogram and the envelope spectrum of the signal records from the PU PM-2 after turning on the block of adaptive-time processing with an adaptive filter of the LMS type and a time buffer.
Из анализа сонограмы и накопленного за 200 сек. спектра огибающей записи сигнала с ПУ ПМ-2 видно, что на ПМ-2 происходит выделение вально-лопастного звукоряда морского подводного объекта при соотношении сигнал\помеха ДС от 12 до 21 дБ.From the analysis of the sonogram and accumulated over 200 sec. of the envelope spectrum of the signal recording from the PU PM-2, it can be seen that on the PM-2 there is a selection of a vane-blade scale of a sea underwater object with a signal / noise ratio of DS from 12 to 21 dB.
Оценка результатов полученных при проведении экспериментальных исследований осуществлялась путем измерения отношения «сигнал+помеха» или превышение уровня сигнала шумоизлучения морского подводного объекта над уровнем сплошной части спектра (СЧС) при применении фильтрации сигнала шумоизлучения, основанной на нерекурсивном адаптивном фильтре, типа LMS с временным блоком.Evaluation of the results obtained during experimental studies was carried out by measuring the signal-to-noise ratio or the excess of the noise emission signal of a marine underwater object over the level of the continuous part of the spectrum (SCS) when filtering the noise emission signal based on a non-recursive adaptive filter, such as LMS with a time block.
Анализ сонограмм и спектров огибающих записей сигналов без применения и после применения блока адаптивно-временной обработки (фиг. 6, 7) показывает, что адаптивно-временная обработка позволяет выделить вально-лопастной звукоряд подводного объекта и подавить фоновую помеху моря, оказывающую мешающее воздействие на приемные устройства и повысить соотношение сигнал/помеха уровня дискретных составляющих вально-лопастного звукоряда на 4-6 дБ от уровня дискретных составляющих без блока адаптивно-временной обработки.Analysis of sonograms and spectra of envelopes of signal recordings without and after applying the block of adaptive-temporal processing (Fig. 6, 7) shows that adaptive-temporal processing makes it possible to isolate the vane-lobe scale of an underwater object and suppress the background noise of the sea, which has an interfering effect on the receiving device and increase the signal / noise ratio of the level of the discrete components of the vane-blade scale by 4-6 dB from the level of the discrete components without an adaptive-time processing unit.
На фиг. 8 представлена функциональная схема устройства для регистрации шумоизлучения морских подводных объектов.FIG. 8 shows a functional diagram of a device for recording noise emission from underwater marine objects.
На схеме представлено:The diagram shows:
1. Приемное устройство1. Receiving device
1.1 Подводное устройство1.1 Underwater device
1.2 Блок согласования1.2 Matching block
2. Блок первичной обработки сигналов2. Block of primary signal processing
2.1 Приемный канал2.1 Receiving channel
2.1.1 Блок фильтров2.1.1 Filter block
2.1.2 Аналого-цифровой преобразователь2.1.2 Analog-to-digital converter
3. Блок адаптивно-временной обработки (АВО)3. Block of adaptive time processing (AVO)
3.1 Временной буфер3.1 Time buffer
3.2 Адаптивный фильтр (АФ)3.2 Adaptive filter (AF)
4. Амплитудный детектор4. Amplitude detector
5. Регистрирующее устройство5. Recorder
6. Блок отображения информации6. Information display unit
Все конструктивные элементы в приемом устройстве 1, в блоке первичной обработки сигналов 2, в блоке адаптивно-временной обработки сигналов 3, а также в амплитудном детекторе 4, регистрирующем устройстве 5 и блоке отображения информации 6 соединены электрическими связями.All structural elements in the receiving
В качестве устройства для приема сигнала, в блоке приемного устройства 1 сформировано подводное устройство 1.1, принимающий электроакустический элемент с возможностью приема акустических сигналов в водной среде, выход которого последовательно соединен с входом блока согласования, служащего для согласования принятых подводным устройством акустических сигналов в электрические для передачи на вход блока фильтров 2.1.1, входящего в состав приемного канала 2.1, блока первичной обработки сигналов 2.As a device for receiving a signal, in the block of the receiving
В блоке первичной обработки сигналов 2 выход блока фильтров 2.1.1, последовательно соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 2.1.2 для возможности пропускания передающегося электрического сигнала оптимальной полосы частот. Выход аналого-цифрового преобразователя 2.1.2 последовательно соединен с входом временного буфера 3.1 блока адаптивно-временной обработки 3, в котором на 1-ую ячейку памяти временного буфера 3.1 записывается амплитудно-частотная характеристика шумового поля водного пространства. По истечении времени записи, определяемого временным параметром, эта ячейка подключается через электронный ключ к опорному входу адаптивного фильтра 3.2 блока адаптивно-временной обработки 3. В следующий момент времени при вероятном появлении морского подводного объекта в области действия приемного устройства через временной буфер 3.1 и электронный ключ на основной вход АФ 3.2 подается АЧХ смеси со 2-ой ячейки памяти временного буфера 3.1 для выделения АЧХ морского подводного объекта. Выход адаптивного фильтра блока адаптивно-временной обработки 3 соединен с входом амплитудного детектора 4. Выход амплитудного детектора 4 соединен с входом регистрирующего устройства 5. Регистрирующее устройство 5 использовано для регистрации и документирования данных. Кроме того, выход регистрирующего устройства 5 соединен с входом блока отображения информации 6 с возможностью визуального отображения обработанного сигнала.In the block of
Осуществление способаImplementation of the method
Для осуществления заявленного способа устройство регистрации уровня шумоизлучения морского подводного объекта снабжено общепринятым переносным или стационарным источником питания, расположенным на береговом посту.To implement the claimed method, the device for recording the level of noise emission of a marine underwater object is equipped with a conventional portable or stationary power source located at the coastal post.
При работе подводного устройства 1.1, в качестве которого использован электроакустический элемент, широко используемый в гидроакустике, расположенный в определенной точке подводного пространства акватории, принимает со всех направлений подводного пространства амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) шумового поля водного пространства. Принимаемая АЧХ шумового поля водного пространства через блок согласования 1.2 приемного устройства 1, поступает на последовательно соединенный приемный канал 2.1 блока первичной обработки сигналов 2, включающий последовательно соединенные блок фильтров 2.1.1 и аналого-цифровой преобразователь 2.1.2, для пропускания электрических сигналов оптимальной полосы частот и преобразования их в цифровой вид для последовательной передачи на вход временного буфера 3.1 и далее на опорный вход адаптивного фильтра 3.2 блока адаптивно-временной обработки (АВО) 3. При прохождении морского объекта в области расположения приемного устройства сформированная АЧХ смеси с выхода аналого-цифрового преобразователя 2.1.2 приемного канала 2.1. блока первичной обработки сигналов 2 поступает на вход временного буфера 3.1 блока адаптивно-временной обработки 3, с которого сигналы поступают на основной вход адаптивного фильтра 3.2, блока адаптивно-временной обработки 3, в котором производится выделение полезного сигнала.During operation of the underwater device 1.1, which is used as an electroacoustic element, widely used in hydroacoustics, located at a certain point in the underwater space of the water area, it receives from all directions of the underwater space the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the noise field of the water space. The received frequency response of the noise field of the water space through the matching unit 1.2 of the receiving
После обработки в блоке адаптивно-временной обработки 3 выделенная АЧХ морского подводного объекта из смеси полезного сигнала и помехи, подается на вход амплитудного детектора 4 для выделения амплитудной огибающей (АО).After processing in the block of adaptive-time processing 3, the selected AFC of the sea underwater object from the mixture of the useful signal and interference is fed to the input of the amplitude detector 4 to isolate the amplitude envelope (AO).
Далее продетектированный сигнал поступает на вход регистрирующего устройства 5 для регистрации и документирования полученных в результате измерений данных. Визуальное наблюдение принятого акустического сигнала происходит в блоке отображения информации 6.Further, the detected signal is fed to the input of the
После на экране блока отображения информации 6 наблюдается АЧХ морского подводного объекта.After on the screen of the
Заявленный способ представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как реализуемое данным способом устройство обеспечивает охрану биологических и мобильных техногенных морских подводных объектов. Заявленное решение не оказывает отрицательного воздействия на экологическое состояние окружающей среды.The claimed method is of considerable interest for the national economy, since the device implemented by this method provides protection for biological and mobile man-made underwater objects. The stated solution does not have a negative impact on the ecological state of the environment.
Таким образом, заявленный способ «Способ регистрации шумоизлучения морского подводного объекта» является новым способом для оценки уровня шумоизлучения морского подводного объекта.Thus, the claimed method "Method for registration of noise emission of a marine underwater object" is a new method for assessing the level of noise emission of a marine underwater object.
Заявленный способ обладает следующими достоинствами:The claimed method has the following advantages:
- возможность получения более точных (корректных) данных уровня шумоизлучения морского подводного объекта. Данное достоинство способствует качественному решению задач по измерению и нормированию шумности морского подводного объекта, а также более вероятному обнаружению морского подводного объекта.- the possibility of obtaining more accurate (correct) data on the level of noise emission of a marine underwater object. This advantage contributes to the qualitative solution of problems of measuring and standardizing the noise level of a marine underwater object, as well as a more probable detection of a marine underwater object.
Заявленный способ промышленно применим, так как для его осуществления используются широко распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной техники.The claimed method is industrially applicable, since widely used components and products of the radio engineering industry and computers are used for its implementation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117401A RU2746312C1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Method of detecting noise emission of marine underwater object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117401A RU2746312C1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Method of detecting noise emission of marine underwater object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2746312C1 true RU2746312C1 (en) | 2021-04-12 |
Family
ID=75521046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020117401A RU2746312C1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Method of detecting noise emission of marine underwater object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2746312C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2774731C1 (en) * | 2021-06-29 | 2022-06-22 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Method for registration of the passage characteristics of a marine object |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6335905B1 (en) * | 1999-12-17 | 2002-01-01 | Garmin Corporation | Method for elimination of passive noise interference in sonar |
| RU2300118C1 (en) * | 2005-08-29 | 2007-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Mode of detection noisy objects in the sea |
| RU2514154C1 (en) * | 2012-09-04 | 2014-04-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for recognition of false targets caused by self-generated noise of mobile carrier |
| RU2564385C1 (en) * | 2014-06-30 | 2015-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Method of detecting, determining coordinates and tracking aerial objects |
| RU2572052C2 (en) * | 2014-05-12 | 2015-12-27 | Степан Анатольевич Шпак | Method of detecting low-noise marine object |
| RU2659186C1 (en) * | 2017-05-29 | 2018-06-28 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Marine object noise emission level recording method |
-
2020
- 2020-05-18 RU RU2020117401A patent/RU2746312C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6335905B1 (en) * | 1999-12-17 | 2002-01-01 | Garmin Corporation | Method for elimination of passive noise interference in sonar |
| RU2300118C1 (en) * | 2005-08-29 | 2007-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Mode of detection noisy objects in the sea |
| RU2514154C1 (en) * | 2012-09-04 | 2014-04-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for recognition of false targets caused by self-generated noise of mobile carrier |
| RU2572052C2 (en) * | 2014-05-12 | 2015-12-27 | Степан Анатольевич Шпак | Method of detecting low-noise marine object |
| RU2564385C1 (en) * | 2014-06-30 | 2015-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Method of detecting, determining coordinates and tracking aerial objects |
| RU2659186C1 (en) * | 2017-05-29 | 2018-06-28 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Marine object noise emission level recording method |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2774731C1 (en) * | 2021-06-29 | 2022-06-22 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Method for registration of the passage characteristics of a marine object |
| RU2781165C1 (en) * | 2021-07-12 | 2022-10-06 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Method for interaction of an underwater vehicle with a support watercraft |
| RU2799388C1 (en) * | 2022-11-14 | 2023-07-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) | Method for determining the coordinates, radiation patterns and acoustic power of radiation zones on the body of a moving noisy object |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mykkeltveit et al. | Processing of regional seismic events using data from small-aperture arrays | |
| Curtis et al. | Low-frequency ambient sound in the North Pacific: Long time series observations | |
| Ruud et al. | A new three-component detector and automatic single-station bulletin production | |
| Hildebrand et al. | Assessing seasonality and density from passive acoustic monitoring of signals presumed to be from pygmy and dwarf sperm whales in the Gulf of Mexico | |
| US11567227B2 (en) | Multi-mode dispersion energy imaging device and method for a four-component marine interface wave of an ocean bottom seismometer | |
| Vassallo et al. | Seismic ambient noise analysis in southern Italy | |
| Brook et al. | Positive lightning strokes to ground | |
| CN104568113A (en) | Automatic ocean acoustic propagation survey explosive wave intercepting method based on model | |
| RU2746312C1 (en) | Method of detecting noise emission of marine underwater object | |
| CN108196269A (en) | The weak harmonic interference signals detection method of anti-interference antenna of satellite navigation internal system | |
| La Rocca et al. | Seismic monitoring of Campi Flegrei and Vesuvius by stand-alone instruments | |
| CN110780340B (en) | Inversion method for transverse wave acoustic velocity or thickness of shallow sea elastic soft sedimentary layer | |
| CN110542927B (en) | Variable window weighted seismic data spike noise suppression method | |
| CN114296046B (en) | HFSWR multi-sea-condition effective wave height extraction method and device based on artificial neural network | |
| Kvaerna et al. | Integrated array and three-component processing using a seismic microarray | |
| RU2616357C1 (en) | Method for recording low noise marine object by using median filtering | |
| Tarvainen | Automatic seismogram analysis: statistical phase picking and locating methods using one-station three-component data | |
| Tibuleac et al. | Automatic determination of secondary seismic phase arrival times using wavelet transforms | |
| Bungum et al. | Discrimination between Eurasian Earthquakes and Underground Explosions using the mb: M s Method and Short-Period Autoregressive Parameters | |
| Akbar et al. | The Role Of Acoustic Tomography For Pondok Jagung Lake Monitoring | |
| Peng et al. | Validation of wind speeds from brown-peaky retracker in the Gulf of Mexico and east coast of north America | |
| RU2746342C1 (en) | Method of recording noise emission of marine object | |
| CN112099080B (en) | Method for detecting ground microseism event based on local superposition | |
| CN112925020B (en) | Parametric array type shallow profile intelligent energy compensation method | |
| Gangrade et al. | Earthquakes from peninsular India: Data from the Gauribidanur seismic array |