RU2798390C1 - Method for passive determination of coordinates of a noise-generating object - Google Patents

Abstract

FIELD: hydroacoustics.

SUBSTANCE: invention serves to solve the problems of signal processing in passive sonars, and is intended to determine the set of coordinates of a noise-generating object. The method is based on receiving a hydroacoustic noise signal of an object by a set of several antennas located in a horizontal plane, when the wave front can be taken as spherical, the analysis of the cross-correlation functions of the received signal makes it possible to determine the distance to the object, when implementing the method, the analysis of the autocorrelation function of the signal received at the one main antenna, based on comparison with the time parameters of the predictive calculation of the beam structure of the signal in the vertical plane, is carried out, and additional procedures allow to determine the depth of the object.

EFFECT: unambiguous determination of the immersion depth of an object by a uniquely defined distance to it when they are visually observed on the indicator screen.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики, может быть использовано при решении задач обработки сигнала в пассивной гидролокации, и предназначено для определения совокупности координат шумящего объекта.The invention relates to the field of hydroacoustics, can be used in solving signal processing problems in passive sonar, and is intended to determine the set of coordinates of a noisy object.

При пассивном режиме гидролокации существуют способы определения координат наблюдаемых объектов, которые традиционно условно делят на способы для ближнего и дальнего поля антенны.In the passive sonar mode, there are methods for determining the coordinates of the observed objects, which are conventionally divided into methods for the near and far fields of the antenna.

Для дальнего поля известны способы [Корецкая А.С., Мельканович B.C. Патент РФ №2650830 от 28.03.2017. Устройство получения информации о шумящем в море объекте. МПК G01S 3/80, Машошин А.И., Мельканович B.C. Патент РФ №2690223 от 28.08.2018. Способ определения координат морской шумящей цели. МПК G01S 15/00], основанные на анализе задержек по времени хода между парами лучей, распространяющимися в вертикальной плоскости. Для выделения задержек измеряют автокорреляционную функцию сигнала. Эти способы позволяют одновременно определять дальность до шумящего объекта и глубину его погружения. Однако, при использовании указанных способов возникает проблема многозначности решения по расстоянию, связанная с циклическим ходом лучей при дальнем распространении звука [Какалов В.А. О реализации согласованной со средой фильтрации гидроакустического сигнала от источника // Гидроакустика. 2021, Вып. 45(1) С. 22-30], которая не преодолена.For the far field, methods are known [Koretskaya A.S., Melkanovich B.C. Patent of the Russian Federation No. 2650830 dated March 28, 2017. A device for obtaining information about an object noisy in the sea. IPC G01S 3/80, Mashoshin A.I., Melkanovich B.C. Patent of the Russian Federation No. 2690223 dated August 28, 2018. A method for determining the coordinates of a sea noisy target. IPC G01S 15/00], based on the analysis of the travel time delays between pairs of beams propagating in the vertical plane. To highlight the delays, the autocorrelation function of the signal is measured. These methods allow you to simultaneously determine the distance to a noisy object and the depth of its immersion. However, when using these methods, the problem of the ambiguity of the solution by distance arises, associated with the cyclic path of rays during long-range sound propagation [Kakalov V.A. On the implementation of medium-consistent filtering of a hydroacoustic signal from a source // Hydroacoustics. 2021, Issue. 45(1) S. 22-30], which has not been overcome.

Для ближнего поля известны способы [Патент США №4910719 от 20.03.1990. Метод пассивной звуковой телеметрии. МПК G01S 5/18, Гампер Л.Е., Попова О.С. Патент РФ №2680860 от 28.02.2019. Способ пассивного определения координат источников гидроакустического излучения. МПК G01S 3/80], или способ, описанный в книге [Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. СПб.: Наука. 2004. С. 66-68]. Указанные способы основаны на анализе кривизны волнового фронта, для выявления которого используют несколько горизонтально расположенных антенн, и вычисляют взаимно-корреляционные функции сигналов. Для этих способов характерно одновременное определение направления на объект и дальности до объекта. Недостатком этих и других способов для ближнего поля антенны является отсутствие возможности определения глубины погружения шумящего объекта.For the near field, methods are known [US Patent No. 4910719 dated 03/20/1990. Method of passive sound telemetry. IPC G01S 5/18, Gamper L.E., Popova O.S. Patent of the Russian Federation No. 2680860 dated February 28, 2019. The method of passive determination of the coordinates of sources of hydroacoustic radiation. IPC G01S 3/80], or the method described in the book [Koryakin Yu.A., Smirnov S.A., Yakovlev G.V. Ship hydroacoustic equipment. State and actual problems. SPb.: Nauka. 2004. S. 66-68]. These methods are based on the analysis of the curvature of the wave front, for the detection of which several horizontal antennas are used, and the cross-correlation functions of the signals are calculated. These methods are characterized by the simultaneous determination of the direction to the object and the distance to the object. The disadvantage of these and other methods for the near field of the antenna is the inability to determine the depth of immersion of a noisy object.

Известен способ [Гампер Л.Е., Ермоленко А.С., Манов К.В. Патент РФ №2507531 от 20.02.2014. Способ пассивного определения координат источников излучения. МПК G01S 3/80].There is a method [Gamper L.E., Ermolenko A.S., Manov K.V. Patent of the Russian Federation No. 2507531 dated February 20, 2014. The method of passive determination of the coordinates of radiation sources. IPC G01S 3/80].

Основные операции первого пункта формулы изобретения этого способа можно сформулировать следующим образом:The main operations of the first claim of this method can be formulated as follows:

фиксируют расположение нескольких (не менее трех) антенн в горизонтальной плоскости пространства,fix the location of several (at least three) antennas in the horizontal plane of space,

формируют совокупность пар антенн как каждая антенна с каждой другой антенной,form a set of pairs of antennas as each antenna with each other antenna,

формируют в поле индикации координатную сетку «направление-дальность»,form a coordinate grid "direction-range" in the display field,

вычисляют для каждого узла координатной сетки совокупность разностей времен распространения сигнала в горизонтальной плоскости к каждой из антенн пары, как если бы источник находился в этом узле сетки,calculate for each node of the coordinate grid the set of differences in the propagation times of the signal in the horizontal plane to each of the antennas of the pair, as if the source were in this grid node,

принимают шумовой сигнал объекта каждой из антенн и осуществляют предварительную обработку сигналов,receiving the object noise signal of each of the antennas and pre-processing the signals,

измеряют совокупность взаимно-корреляционных функций сигнала для каждой пары антенн,measure the set of cross-correlation functions of the signal for each pair of antennas,

получают индикаторные показатели для каждого узла сетки, суммируя значения измеренных взаимно-корреляционных функций сигнала пар всех антенн, взятые в точках вычисленных разностей времен распространения сигнала,get indicator indicators for each grid node by summing the values of the measured cross-correlation functions of the signal of pairs of all antennas, taken at the points of the calculated differences in signal propagation times,

выводят индикаторные показатели на координатную сетку,display indicators on the coordinate grid,

определяют направление и дальность до объекта по узлу координатной сетки, в котором индикаторный показатель принимает максимальное значение.determine the direction and distance to the object by the node of the coordinate grid, in which the indicator indicator takes the maximum value.

Способ обеспечивает определение направления и дальности до шумящих объектов и их визуальное наблюдение на экране индикатора непосредственно в искомых координатах поля наблюдения «направление-дальность» в ближнем поле для совокупности антенн, разнесенных в горизонтальной плоскости. В описании способа указано, что способ может быть распространен на более общий случай решения трехкоординатной задачи. При размещении антенн в пространстве как по горизонтальной, так и по вертикальной осям, дополнительно определяется угол места, то есть направление в вертикальной плоскости, в котором наблюдается шумовой сигнал объекта. Однако из-за рефракции звуковых лучей измеренный угол места не позволяет однозначно определить глубину погружения объекта [Терминологический словарь-справочник по гидроакустике / Р.Х. Бальян, Э.В. Батаногов, А.В. Богородский и др. Л.: Судостроение. 1989]. Кроме того, размещение нескольких антенн по вертикальной оси, что необходимо для определения угла места, может вызывать сложности при необходимости их установки на подвижном носителе.The method provides determination of the direction and range to noisy objects and their visual observation on the indicator screen directly in the desired coordinates of the "direction-range" observation field in the near field for a set of antennas spaced apart in a horizontal plane. The description of the method indicates that the method can be extended to a more general case of solving a three-coordinate problem. When placing antennas in space both along the horizontal and vertical axes, the elevation angle is additionally determined, that is, the direction in the vertical plane in which the noise signal of the object is observed. However, due to the refraction of sound rays, the measured elevation angle does not allow one to unambiguously determine the depth of the object's immersion [Terminological dictionary-reference book on hydroacoustics / R.Kh. Balyan, E.V. Batanogov, A.V. Bogorodsky and others. L.: Shipbuilding. 1989]. In addition, placing several antennas along the vertical axis, which is necessary for determining the elevation angle, can be difficult if they need to be installed on a mobile carrier.

Задача изобретения определить дальность и глубину погружения для объекта, находящегося в ближнем поле с помощью совокупности горизонтально расположенных антенн.The objective of the invention is to determine the range and depth of immersion for an object located in the near field using a combination of horizontally located antennas.

Для решения поставленной задачи в способ пассивного определения координат шумящего объекта, в котором фиксируют расположение нескольких антенн в горизонтальной плоскости пространства, принимают шумовой сигнал объекта каждой из антенн, измеряют совокупность взаимно-корреляционных функций сигнала для каждой пары антенн, проводят анализ взаимно-корреляционных функций сигнала, и однозначно определяют дальность до объекта

To solve the problem in the method of passively determining the coordinates of a noisy object, in which the location of several antennas in the horizontal plane of space is fixed, the noise signal of the object of each of the antennas is received, the set of cross-correlation signal functions for each pair of antennas is measured, and the cross-correlation functions of the signal are analyzed , and uniquely determine the distance to the object

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

выбирают одну из антенн в качестве основной,choose one of the antennas as the main one,

расположение основной антенны фиксируют в вертикальной плоскости,the location of the main antenna is fixed in a vertical plane,

измеряют вертикальное распределение скорости звука в среде,measure the vertical distribution of the speed of sound in a medium,

формируют в поле индикации координатную ось «глубина» (h), отсчеты которой z располагают с фиксированными интервалами дискретности и ограничивают глубинами наблюдения от минимального до максимального значений,form the coordinate axis "depth" (h) in the display field, the readings of which z are located at fixed intervals of discreteness and limited by observation depths from minimum to maximum values,

осуществляют прогнозный расчет лучевой структуры сигнала в вертикальной плоскости на входе основной антенны, в результате которого определяют совокупность звуковых лучей, достигающих измеренной дальности

и формируют для каждого отсчета по глубине z свой массив расчетных задержек по времени хода между всеми парами лучей Δ_z(j), где

- номер пары лучей,

- общее количество лучей, соединяющих основную антенну и точку с координатами по дальности

и глубине h_z,carry out a predictive calculation of the beam structure of the signal in the vertical plane at the input of the main antenna, as a result of which the set of sound rays reaching the measured range is determined

and form for each reading in depth z its own array of calculated delays in travel time between all pairs of beams Δ _z (j), where

- number of a pair of beams,

- the total number of beams connecting the main antenna and the point with coordinates in range

and depth h _z ,

измеряют автокорреляционную функцию сигнала G(τ) для основной антенны, получают индикаторный показатель В для каждого отсчета по глубине z, суммируя значения автокорреляционной функции сигнала С(τ), взятые в точках массива расчетных задержек по времени хода между всеми парами лучей:

measure the autocorrelation function of the signal G(τ) for the main antenna, obtain the indicator indicator B for each reading in depth z by summing the values of the autocorrelation function of the signal C(τ) taken at the points of the array of calculated travel time delays between all pairs of beams:

выводят индикаторные показатели Β_ζ на координатную ось,display indicator indicators Β _ζ on the coordinate axis,

определяют глубину объекта по отсчету координатной оси, в котором индикаторный показатель принимает максимальное значение:

determine the depth of the object according to the reference of the coordinate axis, in which the indicator indicator takes on the maximum value:

Техническим результатом изобретения является однозначное определение глубины погружения объекта по однозначно определенной дальности до него при их визуальном наблюдении на экране индикатораThe technical result of the invention is the unambiguous determination of the immersion depth of an object by a uniquely defined distance to it when they are visually observed on the indicator screen

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

Способ основан на одновременном использовании физических основ распространения звука в ближнем и дальнем поле. Здесь уместно уточнить, что граница между ближним и дальнем полем не фиксирована конкретным расстоянием. Ближнее поле распространяется до расстояния от антенны, пропорционального размеру апертуры антенной базы (совокупности антенн) в квадрате [Терминологический словарь-справочник по гидроакустике / Р.Х. Бальян, Э.В. Батаногов, А.В. Богородский и др. Л.: Судостроение. 1989]. При малом размере антенной базы граница, разделяющая ближнюю и дальнюю зоны, находится ближе к антенне относительно аналогичной границы при большом размере антенной базы.The method is based on the simultaneous use of the physical principles of sound propagation in the near and far fields. Here it is appropriate to clarify that the boundary between the near and far fields is not fixed by a specific distance. The near field extends up to a distance from the antenna proportional to the aperture size of the antenna base (set of antennas) squared [Terminological dictionary-reference hydroacoustics / R.Kh. Balyan, E.V. Batanogov, A.V. Bogorodsky and others. L.: Shipbuilding. 1989]. With a small antenna base, the boundary separating the near and far zones is closer to the antenna relative to a similar boundary with a large antenna base.

Наличие совокупности горизонтально размещенных антенн, то есть относительно большой антенной базы, позволяет использовать физические основы определения координат объекта в ближнем поле, то есть по анализу кривизны волнового фронта однозначно определить дальность до объекта. Когда мы выбираем одну антенну в качестве основной, апертура антенной базы (одной антенны) становится меньше относительно совокупности антенн, и граница между ближним и дальнем полем сдвигается в сторону к антенне. Становится возможным использование физических основ определения координат объекта уже в дальнем поле. Тогда на основании анализа автокорреляционной функции сигнала в новых процедурах способа исследуются задержки по временам хода между парами лучей, распространяющимися в вертикальной плоскости, что позволяет определить, наряду с дальностью, глубину погружения объекта. При этом, для анализа задержек по временам хода достаточно иметь одну антенну, расположение которой зафиксировано в вертикальной плоскости, и не требуется использование нескольких антенн, разнесенных по вертикальной оси.The presence of a set of horizontally placed antennas, that is, a relatively large antenna base, makes it possible to use the physical basis for determining the coordinates of an object in the near field, that is, by analyzing the curvature of the wave front, it is possible to uniquely determine the distance to the object. When we choose one antenna as the main antenna, the aperture of the antenna base (single antenna) becomes smaller relative to the array of antennas, and the border between the near and far fields shifts towards the antenna. It becomes possible to use the physical basis for determining the coordinates of an object already in the far field. Then, based on the analysis of the autocorrelation function of the signal in the new procedures of the method, the delays in travel times between pairs of rays propagating in the vertical plane are investigated, which makes it possible to determine, along with the range, the depth of the object's immersion. At the same time, to analyze the delays by travel times, it is sufficient to have one antenna, the location of which is fixed in the vertical plane, and the use of several antennas spaced along the vertical axis is not required.

Использование в прогнозных расчетах лучевой структуры сигнала именно одной однозначно измеренной дальности

позволяет обеспечить однозначность оценки глубины. Это достигается за счет того, что известная цикличность хода лучей в дальнем поле ограничивается конкретным значением дальности, полученным с использованием физических основ ближнего поля, и зависимость задержки по временам хода между парами лучей от глубины погружения становится однозначной. На это указывают результаты работы [Какалов В.А. О реализации согласованной со средой фильтрации гидроакустического сигнала от источника // Гидроакустика. 2021, Вып. 45(1) С. 22-30].The use of exactly one unambiguously measured range in predictive calculations of the beam structure of the signal

makes it possible to provide unambiguous depth estimation. This is achieved due to the fact that the known cyclicity of the beam path in the far field is limited to a specific range value obtained using the physical foundations of the near field, and the dependence of the delay in travel times between pairs of beams on the immersion depth becomes unambiguous. This is indicated by the results of the work [Kakalov V.A. On the implementation of medium-consistent filtering of a hydroacoustic signal from a source // Hydroacoustics. 2021, Issue. 45(1) S. 22-30].

При этом, реализация предлагаемых процедур для определения глубины выбрана такой, когда наряду с оценкой глубины возможно получить индикаторный показатель, что позволяет осуществлять визуальное наблюдение глубины на специализированной оси.At the same time, the implementation of the proposed procedures for determining the depth is chosen such that, along with the depth estimate, it is possible to obtain an indicator indicator, which allows visual observation of the depth on a specialized axis.

Таким образом, совокупность процедур предложенного способа, реализующих физические основы определения координат объекта, как в дальнем, так и в ближнем поле, позволяет одновременно и однозначно определять дальность до объекта и глубину погружения объекта с одновременной визуализацией решения. При этом, при использовании предлагаемого способа совместно со способом [Патент РФ №2507531] можно получить одновременное определение трех координат объекта: направление, дальность и глубина.Thus, the set of procedures of the proposed method, which implement the physical basis for determining the coordinates of an object, both in the far and in the near field, allows you to simultaneously and unambiguously determine the distance to the object and the depth of the object with simultaneous visualization of the solution. At the same time, when using the proposed method in conjunction with the method [RF Patent No. 2507531], it is possible to obtain a simultaneous determination of the three coordinates of an object: direction, range and depth.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой изображена укрупненная блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ в связке со способом [Патент РФ №2507531]. Способ технически реализуется аппаратно-программными средствами по структурной схеме, приведенной на фиг. 1. Структурная схема включает последовательно соединенные блоки: Антенны 1, блок 2 вычисления взаимно-корреляционных функций сигнала (ВКФ), блок 3 определения индикаторных показателей по ВКФ (∑ 1), блок 4 индикатор «направление-дальность» (ИНД 1), блок 5 гидрологических расчетов (ГР), блок 6 определения индикаторных показателей по АКФ (∑ 2), блок 7 индикатор «глубина» (ИНД 2). Второй выход блока 1 (Антенны) подключен ко входу блока 8 вычисления автокорреляционной функции сигнала (АКФ), выход которого подключен ко второму входу блока 6. Блок 9 тригонометрических расчетов (TP) подключен ко второму входу блока 3 (∑ 1).The essence of the invention is illustrated in Fig. 1, which shows an enlarged block diagram of a device that implements the proposed method in conjunction with the method [RF Patent No. 2507531]. The method is technically implemented by hardware and software according to the block diagram shown in Fig. 1. The block diagram includes series-connected blocks: Antennas 1, block 2 for calculating cross-correlation functions of the signal (CCF), block 3 for determining indicator indicators for CCF (∑ 1), block 4 "direction-range" indicator (IND 1), block 5 hydrological calculations (GR), block 6 for determining indicator indicators for ACF (∑ 2), block 7 “depth” indicator (IND 2). The second output of block 1 (Antennas) is connected to the input of block 8 for calculating the autocorrelation function of the signal (ACF), the output of which is connected to the second input of block 6. The block 9 of trigonometric calculations (TP) is connected to the second input of block 3 (∑ 1).

С помощью аппаратуры (фиг. 1) заявленный способ реализуется следующим образом. Предварительно в блоке 4 ИНД 1 формируют поле индикации «направление-дальность» (α, D) с фиксированными интервалами дискретности и узлами pq, а в блоке 9 TP определяют совокупность пар антенн mn и вычисляют для каждого узла координатной сетки pq совокупность разностей времен распространения сигнала в горизонтальной плоскости t_pq(mn) к каждой из антенн пары mn, как если бы источник находился в узле сетки с координатами по направлению α_р и по расстоянию D_q. Процедуры, выполняемые в блоках 4 и 9, заимствуются из способа [Патент РФ №2507531]. Далее предварительно в блоке 8 ИНД 2 формируют в поле индикации координатную ось «глубина» (h), отсчеты которой z располагают с фиксированными интервалами дискретности и ограничивают глубинами наблюдения от минимального до максимального значений. Здесь максимальное значение может быть ограничено глубиной моря или известной максимально возможной глубиной погружения интересующего объекта поиска. Интервалы дискретности могут быть выбраны, исходя из необходимой точности оценки глубины.Using the equipment (Fig. 1) the claimed method is implemented as follows. Previously, in block 4 of IND 1, the indication field "direction-range" (α, D) is formed with fixed discrete intervals and nodes pq, and in block 9 TP, a set of antenna pairs mn is determined and a set of signal propagation time differences is calculated for each grid node pq in the horizontal plane t _pq (mn) to each of the antennas of the pair mn, as if the source was at a grid node with coordinates along the direction α _p and along the distance D _q . The procedures performed in blocks 4 and 9 are borrowed from the method [RF Patent No. 2507531]. Next, preliminary in block 8 IND 2 form in the display field the coordinate axis "depth" (h), the readings of which z have fixed discrete intervals and limit observation depths from minimum to maximum values. Here, the maximum value may be limited by the depth of the sea or by the known maximum possible depth of the search object of interest. Discreteness intervals can be selected based on the required depth estimation accuracy.

В процессе работы шумовой гидроакустический сигнал принимается совокупностью из Μ антенн 1, где осуществляется его предварительная обработка, и поступает в блок 2 ВКФ одновременно от всех антенн и в блок 8 АКФ от одной основной антенны. В блоке 2 измеряют совокупность взаимно-корреляционных функций сигнала C_mn(τ) для каждой пары антенн. В блоке 8 измеряют автокорреляционную функцию сигнала G(τ) для основной антенны. Совокупность взаимно-корреляционных функций сигнала из блока 2 поступает в блок 3 ∑ 1, а автокорреляционная функция сигнала из блока 8 поступает в блок 6.During operation, the noise hydroacoustic signal is received by a set of Μ antennas 1, where it is pre-processed, and enters the VKF block 2 simultaneously from all antennas and to the ACF block 8 from one main antenna. In block 2, the set of cross-correlation functions of the signal C _mn (τ) is measured for each pair of antennas. In block 8, the autocorrelation function of the signal G(τ) is measured for the main antenna. The set of cross-correlation functions of the signal from block 2 enters block 3 ∑ 1, and the autocorrelation function of the signal from block 8 enters block 6.

Одновременно в блок 3 поступают расчетные параметры из блока 9. В блоке 3, согласно [Патент РФ №2507531], получают индикаторный показатель А для каждого узла сетки pq, суммируя значения взаимно-корреляционных функций сигнала пар всех антенн C_mn(τ), взятые в точках вычисленных разностей времен распространения сигнала t_pq(mn):

и передают индикаторный показатель в блок 4 ИНД 1. В блоке 4 выводят индикаторные показатели A_pq на координатную сетку поля индикации «направление-дальность», и определяют направление и дальность до объекта по узлу координатной сетки, в котором индикаторный показатель принимает максимальное значение:

Далее измеренная дальность

поступает в блок 5 ГР.At the same time, block 3 receives the calculated parameters from block 9. In block 3, according to [RF Patent No. 2507531], an indicator indicator A is obtained for each grid node pq, summing the values of cross-correlation functions of the signal of pairs of all antennas C _mn (τ), taken at the points of the calculated differences in signal propagation times t _pq (mn):

and transmit the indicator indicator to block 4 IND 1. In block 4, indicator indicators A _pq are displayed on the coordinate grid of the "direction-range" indication field, and the direction and distance to the object are determined by the node of the coordinate grid, in which the indicator indicator takes the maximum value:

Further measured range

enters block 5 GR.

В блоке 5 ГР измеряют вертикальное распределение скорости звука в среде, используя, например, измерители скорости звука, которые серийно выпускаются и устанавливаются совместно с гидроакустической аппаратурой [Комляков В.А. Корабельные средства измерения скорости звука и моделирование акустических полей в океане. СПб.: Наука. 2003. С. 169-227], и осуществляют прогнозный расчет лучевой структуры сигнала в вертикальной плоскости на входе основной антенны, используя результаты работы [Авилов К.В., Добряков Н.А., Попов О.Е. Комплекс программных средств для вычисления звуковых полей в морской среде, неоднородной по глубине и трассе распространения // Акустика океана. Доклады X школы-семинара акад. Л.М. Бреховских. М.: ГЕОС, 2004. С. 27]. После этого в блоке 5 определяют совокупность тех звуковых лучей, которые достигают измеренной дальности

и формируют для каждого отсчета по глубине z свой массив расчетных задержек по времени хода между всеми парами лучей Δ_z(j), где

- номер пары лучей,

- общее количество лучей, соединяющих основную антенну и точку с координатами по дальности

и глубине h_z. Полученный массив расчетных задержек для измеренной дальности из блока 5 поступает в блок 6 ∑ 2. Одновременно в блок 6 поступает автокорреляционная функция сигнала G(τ), принятого на основную антенну, из блока 8. В блоке 6 получают индикаторный показатель В для каждого отсчета по глубине z, суммируя значения автокорреляционной функции сигнала G(τ), взятые в точках массива расчетных задержек по времени хода между всеми парами лучей Δ_z(j):

и передают индикаторный показатель в блок 7 ИНД 2. В блоке 7 выводят индикаторные показатели Β_z на координатную ось и определяют глубину объекта по отсчету координатной оси, в котором индикаторный показатель принимает максимальное значение:

In block 5 GR measure the vertical distribution of the speed of sound in the environment, using, for example, sound speed meters, which are commercially available and installed in conjunction with hydroacoustic equipment [Komlyakov V.A. Shipborne instruments for measuring the speed of sound and modeling acoustic fields in the ocean. SPb.: Nauka. 2003. S. 169-227], and carry out a predictive calculation of the beam structure of the signal in the vertical plane at the input of the main antenna, using the results of [Avilov K.V., Dobryakov N.A., Popov O.E. A software package for calculating sound fields in a marine environment that is inhomogeneous in depth and propagation path // Acoustics of the Ocean. Reports of the X school-seminar acad. L.M. Brekhovsky. M.: GEOS, 2004. S. 27]. After that, in block 5, the set of those sound beams that reach the measured range is determined

and form for each reading in depth z its own array of calculated delays in travel time between all pairs of beams Δ _z (j), where

- number of a pair of beams,

- the total number of beams connecting the main antenna and the point with coordinates in range

and depth h _z . The resulting array of calculated delays for the measured range from block 5 enters block 6 ∑ 2. At the same time, block 6 receives the autocorrelation function of the signal G(τ) received at the main antenna from block 8. In block 6, the indicator indicator B is obtained for each sample according to depth z, summing the values of the autocorrelation function of the signal G(τ), taken at the points of the array of calculated delays in the travel time between all pairs of rays Δ _z (j):

and transmit the indicator indicator to block 7 IND 2. In block 7, the indicator indicators Β _z are displayed on the coordinate axis and the depth of the object is determined from the reference of the coordinate axis, in which the indicator indicator takes the maximum value:

Все изложенное позволяет считать задачу изобретения решенной. Предложен способ пассивного определения координат шумящего объекта, предназначенный для определения совокупности координат шумящего объекта.All of the above allows us to consider the problem of the invention solved. A method is proposed for passively determining the coordinates of a noisy object, designed to determine the set of coordinates of a noisy object.

Claims (1)

Способ пассивного определения координат шумящего объекта, в котором фиксируют расположение нескольких антенн в горизонтальной плоскости пространства, принимают шумовой сигнал объекта каждой из антенн, измеряют совокупность взаимно-корреляционных функций сигнала для каждой пары антенн, проводят анализ взаимно-корреляционных функций сигнала и однозначно определяют дальность до объекта

в котором выбирают одну из антенн в качестве основной, расположение основной антенны фиксируют в вертикальной плоскости, измеряют вертикальное распределение скорости звука в среде, формируют в поле индикации координатную ось «глубина» (h), отсчеты которой z располагают с фиксированными интервалами дискретности и ограничивают глубинами наблюдения от минимального до максимального значений, осуществляют прогнозный расчет лучевой структуры сигнала в вертикальной плоскости на входе основной антенны, в результате которого определяют совокупность звуковых лучей, достигающих измеренной дальности

и формируют для каждого отсчета по глубине z свой массив расчетных задержек по времени хода между всеми парами лучей Δ_z(j), где

- номер пары лучей,

- общее количество лучей, соединяющих основную антенну и точку с координатами по дальности

и глубине h_z, измеряют автокорреляционную функцию сигнала G(τ) для основной антенны, получают индикаторный показатель В для каждого отсчета по глубине z, суммируя значения автокорреляционной функции сигнала G(τ), взятые в точках массива расчетных задержек по времени хода между всеми парами лучей:

выводят индикаторные показатели B_z на координатную ось, определяют глубину объекта по отсчету координатной оси, в котором индикаторный показатель принимает максимальное значение:

A method for passively determining the coordinates of a noisy object, in which the location of several antennas in the horizontal plane of space is fixed, the noise signal of the object of each of the antennas is received, the set of cross-correlation signal functions for each pair of antennas is measured, the cross-correlation functions of the signal are analyzed and the distance to object

in which one of the antennas is chosen as the main one, the location of the main antenna is fixed in the vertical plane, the vertical distribution of the speed of sound in the medium is measured, the coordinate axis “depth” (h) is formed in the display field, the readings of which z are located at fixed intervals of discreteness and limited by depths observations from minimum to maximum values, carry out a predictive calculation of the beam structure of the signal in the vertical plane at the input of the main antenna, as a result of which the set of sound beams reaching the measured range is determined

and form for each reading in depth z its own array of calculated delays in travel time between all pairs of beams Δ _z (j), where

- number of a pair of beams,

- the total number of beams connecting the main antenna and the point with coordinates in range

and depth h _z , measure the autocorrelation function of the signal G(τ) for the main antenna, obtain the indicator indicator B for each reading in depth z, summing the values of the autocorrelation function of the signal G(τ) taken at the points of the array of calculated travel time delays between all pairs rays:

indicator indicators B _z are displayed on the coordinate axis, the depth of the object is determined by the reference of the coordinate axis, in which the indicator indicator takes the maximum value:

Images