RU2787686C1 - Method for processing noise signal of an object detected by hydroacoustic space diversity systems - Google Patents

Abstract

FIELD: hydroacoustics.

SUBSTANCE: invention relates to the field of hydroacoustics and is intended for processing the noise signal of an object for the purpose of its subsequent classification in the case when the object signal is detected by different hydroacoustic systems located on a common carrier, the antennas of which are separated in space. The method is based on receiving an acoustic signal of an object separately, but simultaneously by two hydroacoustic systems located on a common carrier, and analyzing the cross-correlation function of the signals of these systems to make a decision about observing one object in two systems. When implementing the method, based on the analysis of the cross-correlation function, the time delay between the moments of signal arrival is determined, one signal is shifted in time relative to the other, and the total signal of the object is determined. This allows for further classification based on the features of the spectral composition of the signal to use a wider frequency band than the frequency band of each of the two systems separately.

EFFECT: increasing the efficiency of object classification by obtaining an object signal that has the combined frequency properties of the signals detected in the two systems.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для обработки шумового сигнала объекта в целях его последующей классификации в том случае, когда сигнал объекта обнаружен разными гидроакустическими системами, находящимися на общем носителе, антенны которых разнесены в пространстве.The invention relates to the field of hydroacoustics and is intended for processing the noise signal of an object for the purpose of its subsequent classification in the case when the object signal is detected by different hydroacoustic systems located on a common carrier, the antennas of which are separated in space.

Задача интеграции гидроакустических систем всегда ставилась разработчиками аппаратуры [Андреев М.Я., Охрименко С.Н., Клюшин В.В., Рубанов И.Л., Яковлев В.А. Интегрированная система подводного наблюдения для надводного корабля // Морской сборник. 2006. №8. С. 50-51]. Системы, работающие в разных диапазонах частот, имеющие различные приемные антенны и (или) способы обработки информации, оптимизированы под обнаружение различных частей единого гидроакустического сигнала. Следовательно, объединение информации нескольких систем позволит получить наиболее полную информацию о шумящем в море объекте.The task of integration of hydroacoustic systems has always been set by the developers of equipment [Andreev M.Ya., Okhrimenko S.N., Klyushin V.V., Rubanov I.L., Yakovlev V.A. Integrated system of underwater surveillance for a surface ship // Marine collection. 2006. No. 8. S. 50-51]. Systems operating in different frequency bands, having different receiving antennas and (or) information processing methods, are optimized for detecting different parts of a single hydroacoustic signal. Therefore, combining information from several systems will provide the most complete information about an object noisy in the sea.

Известны способы интеграции гидроакустических систем: способ [Алексеев Н.С., Волкова А.А., Каришнев Н.С. Патент РФ №2572792 от 15.12.2015 «Способ интеграции систем обнаружения шумящих в море объектов», МПК G01S 3/80] и способ, описанный в работе [Андреев М.Я., Охрименко С.Н., Клюшин В.В., Рубанов И.Л., Яковлев В.А. Интегрированная система подводного наблюдения для надводного корабля // Морской сборник. 2006. №8. С. 50-51]. Указанные способы позволяют объединить гидроакустическую информацию двух систем на уровне пространственного распределения отношений сигнала к помехе, вычисленных в совокупной частотной полосе. При этом теряется информация о спектральном составе сигналов, что ограничивает возможности классификации после интеграции. Кроме того, способы неприменимы для систем, антенны которых разнесены в пространстве.Known methods of integrating hydroacoustic systems: method [Alekseev N.S., Volkova A.A., Karishnev N.S. RF patent No. 2572792 dated 12/15/2015 "Method of integrating systems for detecting objects noisy in the sea", IPC G01S 3/80] and the method described in [Andreev M.Ya., Okhrimenko S.N., Klyushin V.V., Rubanov I.L., Yakovlev V.A. Integrated system of underwater surveillance for a surface ship // Marine collection. 2006. No. 8. S. 50-51]. These methods make it possible to combine the hydroacoustic information of two systems at the level of the spatial distribution of signal-to-interference ratios calculated in the aggregate frequency band. In this case, information about the spectral composition of the signals is lost, which limits the possibilities of classification after integration. In addition, the methods are not applicable to systems whose antennas are spaced apart.

Известны способы классификации шумящих объектов [Тимошенков В.Г., Дядченко Т.З. Патент РФ №2262121 от 10.10.2005 «Способ классификации шумящих объектов», МПК G01S 3/80] или [Афанасьев А.Н., Знаменская Т.К. Патент РФ №2546851 от 10.04.2015 «Способ классификации гидроакустических сигналов шумоизлучения морского объекта», МПК G01S 3/80], в которых при классификации по спектральной информации используется совокупная информация двух антенн. Однако, в этих случаях антенны нельзя отнести к различным гидроакустическим системам, поскольку они полностью идентичны, работают в одинаковом диапазоне частот, и используют одинаковые способы обработки информации.Known methods for classifying noisy objects [Timoshenkov V.G., Dyadchenko T.Z. RF patent No. 2262121 dated 10.10.2005 "Method for classifying noisy objects", IPC G01S 3/80] or [Afanasyev A.N., Znamenskaya T.K. RF patent No. 2546851 dated April 10, 2015 “Method for classifying hydroacoustic noise emission signals of a marine object”, IPC G01S 3/80], in which the combined information of two antennas is used for classification by spectral information. However, in these cases, the antennas cannot be attributed to different hydroacoustic systems, since they are completely identical, operate in the same frequency range, and use the same information processing methods.

Наиболее близким аналогом по выполняемым процедурам к предлагаемому изобретению является способ [Волкова А.А., Никулин М.Н. Способ отождествления объектов, обнаруженных пространственно-разнесенными системами. Патент РФ №2730103 от 17.08.2020. МПК G01S3/80], который принят за прототип.The closest analogue in the procedures to the present invention is the method [Volkova A.A., Nikulin M.N. Method for identifying objects detected by spatially separated systems. Patent of the Russian Federation No. 2730103 dated 08/17/2020. IPC G01S3 / 80], which is taken as a prototype.

В способе-прототипе выполняются следующие операции:In the prototype method, the following operations are performed:

принимают шумовые сигналы раздельно, но одновременно двумя системами, находящимися на общем носителе,receive noise signals separately, but simultaneously by two systems located on a common carrier,

выбирают частотный диапазон, общий для обеих систем,select a frequency range common to both systems,

фильтруют принятые сигналы в обеих системах полосовым фильтром с полосой пропускания, равной выбранному частотному диапазону,filter the received signals in both systems with a bandpass filter with a bandwidth equal to the selected frequency range,

вычисляют взаимно-корреляционную функцию между отфильтрованными сигналами обеих систем,calculate the cross-correlation function between the filtered signals of both systems,

находят максимальное значение взаимно-корреляционной функции,find the maximum value of the cross-correlation function,

принимают решение о наблюдении одного объекта в двух системах при выполнении условия: максимальное значение взаимно-корреляционной функции более порога.make a decision to observe one object in two systems when the condition is met: the maximum value of the cross-correlation function is more than the threshold.

Способ позволяет отожествлять информацию систем, антенны которых разнесены в пространстве, но не обладает признаками полной интеграции. После принятия решения о наблюдении одного объекта в двух системах, дальнейшая обработка сигналов осуществляется отдельно в каждой системе, что не дает возможности использовать для классификации совокупную информацию двух систем, и, следовательно, не обеспечивает увеличение эффективности классификации.The method allows to identify the information of systems whose antennas are separated in space, but does not have signs of complete integration. After a decision is made to observe one object in two systems, further signal processing is carried out separately in each system, which does not make it possible to use the aggregate information of two systems for classification, and, therefore, does not increase the classification efficiency.

Задачей заявляемого способа является обеспечение совместной обработки двух сигналов, если они принадлежат одному объекту, обнаруженному в пространственно-разнесенных системах, находящихся на общем носителе, в целях последующей классификации объекта по совокупной информации.The objective of the proposed method is to provide joint processing of two signals, if they belong to the same object, detected in spatially separated systems located on a common carrier, in order to further classify the object according to aggregate information.

Для решения поставленной задачи в способ обработки шумового сигнала объекта, обнаруженного гидроакустическими пространственно-разнесенными системами, в которомTo solve the problem in the method of processing the noise signal of an object detected by hydroacoustic space-diversified systems, in which

принимают шумовой сигнал S_A(t) гидроакустической системой А в диапазоне частот [ƒ_A1,ƒ_A2],a noise signal S _A (t) is received by the hydroacoustic system A in the frequency range [ƒ _A1 ,ƒ _A2 ],

принимают одновременно шумовой сигнал S_B(t) гидроакустической системой В в диапазоне частот [ƒ_B1, f_B2],the noise signal S _B (t) is simultaneously received by the hydroacoustic system B in the frequency range [ƒ _B1 , f _B2 ],

выбирают частотный диапазон, общий для обеих систем,select a frequency range common to both systems,

фильтруют принятые сигналы в обеих системах первым полосовым фильтром с полосой пропускания, равной выбранному частотному диапазону,filtering the received signals in both systems with the first band-pass filter with a bandwidth equal to the selected frequency range,

вычисляют взаимно-корреляционную функцию W(t) между отфильтрованнымиcalculate the cross-correlation function W(t) between the filtered

сигналами обеих систем,signals from both systems,

находят максимальное значение взаимно-корреляционной функции, принимают решение о наблюдении одного объекта в двух системах при выполнении условия: максимальное значение взаимно-корреляционной функции более порога,find the maximum value of the cross-correlation function, make a decision to observe one object in two systems if the condition is met: the maximum value of the cross-correlation function is more than the threshold,

введены новые признаки, а именно:new signs have been introduced, namely:

выбирают гидроакустические системы А и В таким образом, чтобы границы их частотных диапазонов удовлетворяли условию f_A1<f_B1<f_A2<f_B2,hydroacoustic systems A and B are chosen so that the boundaries of their frequency ranges satisfy the condition f _A1 <f _B1 <f _A2 <f _B2 ,

выбирают общий частотный диапазон первого фильтра в виде [ƒ_B1,ƒ_A2],choose the overall frequency range of the first filter in the form [ƒ _B1 ,ƒ _A2 ],

определяют задержку по времени τ между моментами прихода сигналов S_A(t) и S_B(t) как аргумент максимального значения взаимно-корреляционной функции τ=arg max{W(t)},determine the time delay τ between the moments of arrival of signals S _A (t) and S _B (t) as an argument of the maximum value of the cross-correlation function τ=arg max{W(t)},

осуществляют сдвиг по времени одного из принятых сигналов на задержку τ относительно другого, выбранного опорным,carry out a time shift of one of the received signals by a delay τ relative to the other, selected as the reference one,

фильтруют сдвинутый во времени сигнал вторым полосовым фильтром с полосой пропускания, уникальной для этого сигнала,filtering the time-shifted signal with a second bandpass filter with a bandwidth unique to that signal,

определяют совокупный сигнал объекта S(t) в полной полосе частот [ƒ_A1,ƒ_B2] как S(t)=S_A(t)+S_B(t),determine the total plant signal S(t) in the full frequency band [ƒ _A1 ,ƒ _B2 ] as S(t)=S _A (t)+S _B (t),

осуществляют частотную обработку совокупного сигнала S(t), и классификацию объекта.perform frequency processing of the total signal S(t), and classify the object.

Техническим результатом изобретения является получение сигнала объекта, обладающего совокупными частотными свойствами сигналов, обнаруженных в двух системах, что повышает эффективность классификации объекта.The technical result of the invention is to obtain an object signal that has the combined frequency properties of the signals detected in two systems, which increases the efficiency of object classification.

Покажем возможность достижения указанного технического результата предложенным способом.We will show the possibility of achieving the specified technical result by the proposed method.

Для увеличения эффективности классификации, основанной на особенностях спектрального состава сигнала, необходимо, по возможности, расширять анализируемую частотную полосу сигнала [Деев В.В. и др. Анализ информации оператором-гидроакустиком. Л.: Судостроение. 1990]. В рамках одной фиксированной системы сделать это не представляется возможным в связи с физическими ограничениями размеров гидроакустической антенны. Однако, увеличение анализируемой частотной полосы сигнала можно обеспечить, если использовать потенциальные возможности двух систем. Тогда, сложение сигналов двух систем, работающих в разных диапазонах частот, позволит получить сигнал, обладающий совокупными частотными свойствами, что, в свою очередь увеличит эффективность классификации. Именно это и заложено в основу предлагаемого способа, когда совокупная полная полоса частот [ƒ_A1,ƒ_B2] превышает отдельные полосы частот [ƒ_A1,ƒ_A2] системы A и [ƒ_B1,ƒ_B2] системы В, если изначально границы диапазонов удовлетворяют условию ƒ_A1<ƒ_B1<ƒ_A2<ƒ_B2.To increase the efficiency of classification based on the characteristics of the spectral composition of the signal, it is necessary, if possible, to expand the analyzed frequency band of the signal [Deev V.V. et al. Analysis of information by hydroacoustic operator. L.: Shipbuilding. 1990]. Within the framework of one fixed system, it is not possible to do this due to the physical limitations of the size of the hydroacoustic antenna. However, an increase in the analyzed frequency band of the signal can be ensured if the potential capabilities of the two systems are used. Then, the addition of the signals of two systems operating in different frequency ranges will make it possible to obtain a signal with cumulative frequency properties, which, in turn, will increase the classification efficiency. This is exactly what the proposed method is based on, when the total total frequency band [ƒ _A1 ,ƒ _B2 ] exceeds the individual frequency bands [ƒ _A1 ,ƒ _A2 ] of system A and [ƒ _B1 ,ƒ _B2 ] of system B, if initially the range boundaries satisfy condition ƒ _A1 <ƒ _B1 <ƒ _A2 <ƒ _B2 .

Однако, для корректного сложения двух сигналов необходимо выполнить два условия, которые заложены в процедуры способа. Во-первых, необходимо исключить возможное удвоение мощности сигнала при его сложении в том частотном диапазоне, который является общим для двух систем. Для этого в способ введена процедура полосовой фильтрации одного из сигналов с полосой пропускания, уникальной для этого сигнала. После такой фильтрации мы уменьшаем частотную полосу одного из сигналов, и их полосы становятся не пересекающимися, а стыкующимися. Во-вторых, необходимо компенсировать задержку сигнала по времени, которая возникает при распространении сигнала от объекта к двум антеннам, разнесенным в пространстве. Для этого в способе используется определение аргумента локального выброса взаимно-корреляционной функции, который характеризует разницу во времени распространения одного сигнала по двум путям [Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Советское радио. 1966]. После чего осуществляют сдвиг по времени одного сигнала относительно другого, приводя их к единой системе координат по времени. Таким образом, все новые процедуры способа направлены на корректное сложение двух сигналов, обнаруженных пространственно-разнесенными системами, что в результате позволяет получить сигнал, обладающий совокупными частотными свойствами обеих систем.However, for the correct addition of two signals, two conditions must be met, which are embedded in the procedures of the method. First, it is necessary to exclude the possible doubling of the signal power when it is added in the frequency range that is common to the two systems. To do this, the method introduced a procedure for band-pass filtering of one of the signals with a bandwidth that is unique for this signal. After such filtering, we reduce the frequency band of one of the signals, and their bands become not intersecting, but joining. Secondly, it is necessary to compensate for the signal delay in time, which occurs when the signal propagates from the object to two antennas spaced apart in space. To do this, the method uses the definition of the argument of the local outlier of the cross-correlation function, which characterizes the difference in propagation time of one signal along two paths [Tikhonov V.I. Statistical radio engineering. Moscow: Soviet radio. 1966]. After that, one signal is shifted in time relative to another, bringing them to a single coordinate system in time. Thus, all new procedures of the method are aimed at the correct addition of two signals detected by spatially separated systems, which as a result allows you to get a signal that has the combined frequency properties of both systems.

Сущность изобретения поясняется фигурой 1, на которой приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.The essence of the invention is illustrated by figure 1, which shows a block diagram of a device that implements the proposed method.

На фиг. 1 последовательно соединены блок 1 (Система А), фильтр 2 с общей полосой частот (ПФ1), блок 3 вычисления взаимно-корреляционной функции (ВКФ), блок 4 анализа ВКФ (Анализ ВКФ), блок 5 вычисления задержки между сигналами (Задержка), фильтр 6 с уникальной частотной полосой (ПФ2), Сумматор 7, Классификатор 8. Второй выход блока 1 соединен со вторым входом Сумматора 7. Второй выход фильтра 2 соединен со вторым входом блока 3. Первый выход блока 9 (Система В) соединен со вторым входом фильтра 2, а второй выход блока 9 соединен со вторым входом блока 5.In FIG. 1 connected in series block 1 (System A), common band filter 2 (BF1), cross-correlation function (CCF) calculation block 3, CCF analysis block 4 (CCF Analysis), delay calculation block 5 between signals (Delay), filter 6 with a unique frequency band (PF2), Adder 7, Classifier 8. The second output of block 1 is connected to the second input of Adder 7. The second output of filter 2 is connected to the second input of block 3. The first output of block 9 (System B) is connected to the second input filter 2, and the second output of block 9 is connected to the second input of block 5.

В интегрированном гидроакустическом комплексе, состоящем из двух систем, антенны которых разнесены в пространстве, предлагаемый способ может быть реализован следующим образом.In an integrated hydroacoustic complex, consisting of two systems, the antennas of which are separated in space, the proposed method can be implemented as follows.

До начала работы выбирают:Before starting work, choose:

- частотный диапазон для первого полосового фильтра;- frequency range for the first bandpass filter;

- систему, для сигнала которой будет осуществляться задержка по времени и вторая полосовая фильтрация;- a system for the signal of which a time delay and a second band-pass filtering will be carried out;

- частотный диапазон для второго полосового фильтра.- frequency range for the second band pass filter.

Частотный диапазон для первого полосового фильтра должен быть выбран таким образом, чтобы он был общим для способов обработки информации в обеих системах, то есть [ƒ_B1,ƒ_A2]. Если системы работают в неперекрывающихся диапазонах частот, то способ не может быть реализован.The frequency range for the first bandpass filter should be chosen in such a way that it is common to the information processing methods in both systems, that is, [ƒ _B1 ,ƒ _A2 ]. If the systems operate in non-overlapping frequency bands, then the method cannot be implemented.

Систему, для сигнала которой будет осуществляться задержка по времени, необходимо выбрать для того, чтобы правильно осуществить вычисление взаимно-корреляционной функции (ВКФ) в блоке 3. В рассматриваемом примере (рис. 1) блок 5 задержки по времени (Задержка) установлен в линии обработки сигнала системы В, следовательно, при вычислении ВКФ необходимо использовать сигнал системы А в качестве опорного, относительно которого сдвигать сигнал системы В. Тогда, задержка будет вычислена верно именно для случая, когда в дальнейшем, в блоке 5, осуществляется сдвиг по времени сигнала S_B(t) относительно S_A(t). Возможна реализация способа, когда блок задержки по времени был бы установлен в линии обработки сигнала системы А, тогда при вычислении ВКФ в блоке 3 необходимо было бы в качестве опорного использовать сигнал системы В.The system whose signal will be delayed in time must be selected in order to correctly calculate the cross-correlation function (CCF) in block 3. In the example under consideration (Fig. 1), block 5 of the time delay (Delay) is installed in the line signal processing of system B, therefore, when calculating the VCF, it is necessary to use the signal of system A as a reference, relative to which the signal of system B is shifted. Then, the delay will be calculated correctly precisely for the case when later, in block 5, the signal S is shifted in time _B (t) with respect to S _A (t). It is possible to implement the method when the time delay block would be installed in the signal processing line of system A, then when calculating the VCF in block 3, it would be necessary to use the signal of system B as a reference.

Частотный диапазон для второго полосового фильтра должен быть выбран таким образом, чтобы он был уникальным для системы, сигнал которой будет подвержен фильтрации. В рассматриваемом примере (рис. 1) второй полосовой фильтр (ПФ2) установлен в линии обработки сигнала системы В, следовательно, частотный диапазон должен быть выбран как [ƒ_A2,ƒ_B2] для сигнала S_B(t). Тогда, с учетом исходной полосы системы А, для последующего суммирования будут использованы сигналы с частотными полосами, идущими встык друг к другу: [ƒ_A1,ƒ_A2] и [ƒ_A2,ƒ_B2]. Возможна реализация способа, когда второй полосовой фильтр был бы установлен в линии обработки сигнала системы А, тогда частотный диапазон необходимо было бы выбрать как [ƒ_A1,ƒ_B1] для сигнала S_A(t).The frequency range for the second band pass filter must be chosen so that it is unique to the system whose signal is to be filtered. In the example under consideration (Fig. 1), the second band-pass filter (BPF2) is installed in the signal processing line of system B, therefore, the frequency range should be chosen as [ƒ _A2 ,ƒ _B2 ] for the signal S _B (t). Then, taking into account the initial band of system A, for the subsequent summation, signals with frequency bands going end to end to each other will be used: [ƒ _A1 ,ƒ _A2 ] and [ƒ _A2 ,ƒ _B2 ]. It is possible to implement the method, when the second band-pass filter would be installed in the signal processing line of system A, then the frequency range would have to be chosen as [ƒ _A1 ,ƒ _B1 ] for the signal S _A (t).

В динамике работы система А (блок 1) и система В (блок 9) независимо друг от друга принимают сигналы объекта S_A(t) и S_B(t), соответственно. Оба сигнала поступают в первый фильтр 2 (ПФ1), в котором для них реализуются независимые, но одинаковые процедуры полосовой фильтрации в общем частотном диапазоне [ƒ_B1,ƒ_A2]. Процедура полосовой фильтрации является стандартной, и может быть заимствована из [Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов // Пер. с англ. М.: Мир. 1978].In the dynamics of work, system A (block 1) and system B (block 9) independently receive object signals S _A (t) and S _B (t), respectively. Both signals enter the first filter 2 (PF1), in which independent but identical band-pass filtering procedures are implemented for them in the common frequency range [ƒ _B1 ,ƒ _A2 ]. The bandpass filtering procedure is standard, and can be borrowed from [Rabiner L., Gould B. Theory and application of digital signal processing // TRANS. from English. M.: Mir. 1978].

Из блока 2 отфильтрованные в общей полосе сигналы поступают в блок 3 (ВКФ), где вычисляется их взаимно-корреляционная функция согласно [Рабинер Л., Гоулд Б. Теория…] с учетом того, что в данном случае сигнал системы А принят в качестве опорного. Вычисленная взаимно-корреляционная функция W(t) поступает в блок 4 (Анализ ВКФ), в котором осуществляется ее анализ:From block 2, the signals filtered in the common band enter block 3 (VKF), where their cross-correlation function is calculated according to [Rabiner L., Gould B. Theory ...], taking into account the fact that in this case the signal of system A is taken as a reference . The calculated cross-correlation function W(t) enters block 4 (Analysis of the VCF), in which its analysis is carried out:

- определяют максимальное значение взаимно-корреляционной функции K=max{W(t)} и осуществляют его сравнение с порогом. Если выполняется условие K>Por, где Por - пороговое значение, которое выбирается по правилу обнаружения аномальных выбросов в выборке значений нормально распределенной случайной величины [Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок. М.: Мир, 1985], то принимают решение о наблюдении одного объекта в двух системах, и продолжают обработку далее. Иначе - прекращают совместную обработку двух сигналов;- determine the maximum value of the cross-correlation function K=max{W(t)} and compare it with the threshold. If the condition K>Por is met, where Por is a threshold value that is selected according to the rule for detecting anomalous outliers in a sample of values of a normally distributed random variable [Taylor J. Introduction to the theory of errors. M.: Mir, 1985], then they decide to observe one object in two systems, and continue processing further. Otherwise - stop the joint processing of the two signals;

- в блоке 4 определяют аргумент максимального значения взаимно-корреляционной функции τ=arg max {W(t)}, который является задержкой по времени между моментами прихода сигналов S_A(t) и S_B(t). Передают задержку τ в блок 5.- in block 4 determine the argument of the maximum value of the cross-correlation function τ=arg max {W(t)}, which is the time delay between the arrival of the signals S _A (t) and S _B (t). The delay τ is transmitted to block 5.

В блок 5 (Задержка) поступает задержка τ из блока 4 и исходный сигнал системы В S_B(t) из блока 9. В блоке 5 осуществляется сдвиг по времени сигнала системы В на задержку τ: S_B(B)=S_B(t+τ). Сигнал после задержки поступает в фильтр 6.Block 5 (Delay) receives delay τ from block 4 and the original signal of system B S _B (t) from block 9. In block 5, the signal of system B is shifted in time by delay τ: S _B (B)=S _B (t +τ). The signal after a delay enters the filter 6.

В фильтре 6 (ПФ2) осуществляется процедура полосовой фильтрации для сигнала после задержки в частотном диапазоне [ƒ_A2,ƒ_B2], уникальном сигнала S_B(t). Отфильтрованный сдвинутый сигнал системы В поступает в сумматор 7.In filter 6 (BPF2), a band-pass filtering procedure is performed for the signal after a delay in the frequency range [ƒ _A2 ,ƒ _B2 ], unique to the signal S _B (t). The filtered shifted signal of system B enters adder 7.

В Сумматор 7 поступают два сигнала: исходный сигнал системы А из блока 1 и сигнал системы В после задержки и фильтрации из блока 6. В Сумматоре 7 осуществляется их суммирование S(t)=S_A(t)+S_B(t). При этом, выполненный до этого сдвиг по времени одного из сигналов позволяет компенсировать разницу времен хода сигнала к антеннам системы А и системы В, а выполненная фильтрация в уникальном диапазоне частот позволяет исключить удвоение мощности сигнала в перекрывающемся диапазоне частот. Совокупный сигнал S(t) поступает в блок 8.Adder 7 receives two signals: the original signal of system A from block 1 and the signal of system B after delay and filtering from block 6. In Adder 7, they are summed S(t)=S _A (t)+S _B (t). At the same time, the previously performed time shift of one of the signals makes it possible to compensate for the difference in the signal travel times to the antennas of system A and system B, and the filtering performed in a unique frequency range makes it possible to exclude signal power doubling in the overlapping frequency range. The aggregate signal S(t) enters block 8.

В Классификаторе 8 осуществляется частотная обработка совокупного сигнала и классификация объекта. Для частотной обработки используют известные методы [Рабинер Л., Гоулд Б. Теория…], а для классификации объекта используют известные способы классификации, основанные на особенностях спектрального состава сигнала, например [Знаменская Т.К. Патент РФ №2603886 от 10.12.2016 «Способ классификации гидроакустических сигналов шумоизлучения морского объекта», МПК G01S 3/80]. При этом, использование для классификации именно совокупного сигнала, общий частотный диапазон которого превышает частотные диапазоны сигналов в системах А я В отдельно, позволяет увеличить эффективность классификации [Деев В.В. и др. Анализ информации оператором-гидроакустиком. Л.: Судостроение. 1990].Classifier 8 performs frequency processing of the aggregate signal and classifies the object. For frequency processing, known methods are used [Rabiner L., Gould B. Theory ...], and for object classification, known classification methods are used, based on the characteristics of the spectral composition of the signal, for example [Znamenskaya T.K. RF patent No. 2603886 dated December 10, 2016 “Method for classifying hydroacoustic noise emission signals of a marine object”, IPC G01S 3/80]. At the same time, the use of the aggregate signal for classification, the total frequency range of which exceeds the frequency ranges of the signals in systems A and B separately, makes it possible to increase the classification efficiency [Deev V.V. et al. Analysis of information by hydroacoustic operator. L.: Shipbuilding. 1990].

Все изложенное позволяет считать задачу изобретения решенной. Предложен способ обработки сигнала объекта, обнаруженного гидроакустическими пространственно-разнесенными системами, который позволит увеличить эффективность классификации.All of the above allows us to consider the problem of the invention solved. A method is proposed for processing the signal of an object detected by hydroacoustic space-diversity systems, which will increase the efficiency of classification.

Claims (1)

Способ обработки шумового сигнала объекта, обнаруженного гидроакустическими пространственно-разнесенными системами, в котором принимают шумовой сигнал S_A(t) гидроакустической системой А в диапазоне частот [ƒ_A1,ƒ_A2], принимают одновременно шумовой сигнал S_B(t) гидроакустической системой В в диапазоне частот [ƒ_B1,ƒ_B2], выбирают частотный диапазон, общий для обеих систем, фильтруют принятые сигналы в обеих системах первым полосовым фильтром с полосой пропускания, равной выбранному частотному диапазону, вычисляют взаимно-корреляционную функцию W(t) между отфильтрованными сигналами обеих систем, находят максимальное значение взаимно-корреляционной функции, принимают решение о наблюдении одного объекта в двух системах при выполнении условия: максимальное значение взаимно-корреляционной функции более порога, отличающийся тем, что выбирают гидроакустические системы А и В таким образом, чтобы границы их частотных диапазонов удовлетворяли условию ƒ_A1<ƒ_B1<ƒ_A2<ƒ_B2, выбирают общий частотный диапазон первого фильтра в виде [ƒ_B1,ƒ_A2], определяют задержку по времени τ между моментами прихода сигналов S_A(t) и S_B(t) как аргумент максимального значения взаимно-корреляционной функции τ=arg max{W(t)}, осуществляют сдвиг по времени одного из принятых сигналов на задержку τ относительно другого, выбранного опорным, фильтруют сдвинутый во времени сигнал вторым полосовым фильтром с полосой пропускания, уникальной для этого сигнала, определяют совокупный сигнал объекта S(t) в полной полосе частот [ƒ_A1,ƒ_B2] как S(t)=S_A(t)+S_B(t), осуществляют частотную обработку совокупного сигнала S(t) и классификацию объекта.A method for processing the noise signal of an object detected by hydroacoustic space-diversified systems, in which a noise signal S _A (t) is received by the hydroacoustic system A in the frequency range [ƒ _A1 ,ƒ _A2 ], the noise signal S _B (t) is simultaneously received by the hydroacoustic system B in frequency range [ƒ _B1 ,ƒ _B2 ], select a frequency range common to both systems, filter the received signals in both systems with the first bandpass filter with a bandwidth equal to the selected frequency range, calculate the cross-correlation function W(t) between the filtered signals of both systems, find the maximum value of the cross-correlation function, make a decision to observe one object in two systems when the condition is met: the maximum value of the cross-correlation function is greater than the threshold, characterized in that hydroacoustic systems A and B are chosen in such a way that the boundaries of their frequency ranges satisfy the condition ƒ _A1 <ƒ _B1 <ƒ _A2 <ƒ _B2 th frequency range of the first filter in the form [ƒ _B1 ,ƒ _A2 ], determine the time delay τ between the moments of arrival of signals S _A (t) and S _B (t) as an argument of the maximum value of the cross-correlation function τ=arg max{W( t)}, carry out a time shift of one of the received signals by a delay τ relative to the other, selected as a reference one, filter the time shifted signal with a second band pass filter with a bandwidth unique for this signal, determine the total signal of the object S(t) in the full frequency band [ƒ _A1 ,ƒ _B2 ] as S(t)=S _A (t)+S _B (t), perform frequency processing of the total signal S(t) and classify the object.

Images