RU2803528C1 - Method for obtaining information about an underwater noise emitting object - Google Patents

Abstract

FIELD: hydroacoustics.

SUBSTANCE: invention can be used to solve problems of processing the noise emission signal of an object in hydroacoustic systems, and is intended to determine the moment in time when an underwater moving object, observed by means of noise direction finding, makes a manoeuvre along the depth of its immersion. The method is based on receiving a hydroacoustic noise signal of an object by a multi-element antenna with a developed aperture in a vertical plane, calculating a set of signal autocorrelation functions over a number of successive time intervals, followed by determining a set of time delays between paired beams, which appear as abscissas of local maxima of autocorrelation functions. When implementing the method, the receiving antenna is additionally lowered to a depth that obviously exceeds the maximum possible immersion depth of the investigated underwater object, and to determine the object's manoeuvre in depth, an analysis of the dynamics of the time delay between the arrival of a pair of angle-unresolvable rays is used.

EFFECT: automatic determination of the moment when the object changes the immersion depth and a significant reduction in the number of arithmetic operations relative to the prototype method, which allows the proposed method to be applied in conditions of limited computing resources and (or) in the absence of a human operator, for example, on board autonomous uninhabited underwater vehicles.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики, может быть использовано при решении задач обработки сигнала шумоизлучения объекта в гидроакустических системах, и предназначено для определения момента времени, когда подводный движущийся объект, наблюдаемый средствами шумопеленгования, изменяет глубину своего погружения.The invention relates to the field of hydroacoustics, can be used in solving problems of processing the noise emission signal of an object in hydroacoustic systems, and is intended to determine the moment in time when an underwater moving object, observed by means of noise direction finding, changes the depth of its immersion.

При наблюдении за движущимся морским объектом важно определять не только его пространственное положение, но и контролировать момент времени, когда объект совершает маневр.When observing a moving marine object, it is important to determine not only its spatial position, but also to control the moment in time when the object performs the maneuver.

Под маневром объекта обычно понимается либо изменение курса движения объекта (маневр курсом), либо изменение скорости его движения (маневр скоростью). Существуют способы, позволяющие определить маневр объекта курсом и скоростью, например [Консон А.Д., Тимошенков В.Г. Патент РФ №2634786 от 03.11.2017. Способ определения маневра шумящего объекта. МПК G01S 3/80].An object's maneuver usually means either a change in the object's course of movement (course maneuver) or a change in the speed of its movement (speed maneuver). There are ways to determine the maneuver of an object by course and speed, for example [Konson A.D., Timoshenkov V.G. RF Patent No. 2634786 dated 03.11.2017. A method for determining the maneuver of a noisy object. IPC G01S 3/80].

Для объекта, движущегося в толще воды, дополнительным видом маневра является маневр по глубине, то есть изменение глубины погружения. При наблюдении подводного объекта средствами шумопеленгования важно определить момент времени, когда объект совершает такой маневр.For an object moving in the water column, an additional type of maneuver is depth maneuver, that is, changing the depth of immersion. When observing an underwater object using noise direction finding means, it is important to determine the moment in time when the object performs such a maneuver.

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], которые позволяют определять, в том числе глубину погружения подводного объекта. Способы основаны на сравнении параметров принятого шумового сигнала с аналогичными параметрами, рассчитанными для совокупности гипотез о возможном месте объекта в узлах сетки по дистанции и глубине для текущих гидролого-акустических условий. В первом способе в качестве сравниваемых параметров используются отношения сигнал/помеха в нескольких частотных диапазонах, а во втором - задержки по времени между моментами прихода двух лучей и совокупные интенсивности этих лучей. Решение о месте объекта принимается по тому узлу сетки, для которого расчетно-прогнозируемые параметры сигнала совпадают с наблюдаемыми параметрами по заданному критерию похожести. Для получения расчетно-прогнозируемых параметров осуществляют прогнозный расчет лучевой структуры сигнала. Однако для указанных способов известно [Машошин А.И. Исследование условий применимости корреляционной функции широкополосного многолучевого сигнала для оценки координат источника // Акустический журнал. 2017. Том 63. №3. С. 307-313], что оценка глубины, как и оценка дистанции, является многозначной, то есть в каждый момент времени мы имеем не одну, а несколько оценок глубины, которые удовлетворяют критерию похожести. Кроме того, реализация указанных способов требует больших вычислительных ресурсов для перебора всех гипотез о возможном месте объекта. И самое главное, способы позволяют определить глубину погружения шумящего объекта, но не определяют маневр объекта по глубине.Known methods [Koretskaya A.S., Melkanovich B.C. RF Patent No. 2650830 dated March 28, 2017. A device for obtaining information about an object making noise in the sea. IPC G01S 3/80, Mashoshin A.I., Melkanovich V.S. RF Patent No. 2690223 dated 08.28.2018. A method for determining the coordinates of a sea noise target. IPC G01S 15/00], which make it possible to determine, among other things, the immersion depth of an underwater object. The methods are based on comparing the parameters of the received noise signal with similar parameters calculated for a set of hypotheses about the possible location of the object in the grid nodes in terms of distance and depth for the current hydrological and acoustic conditions. In the first method, signal-to-interference ratios in several frequency ranges are used as compared parameters, and in the second method, time delays between the moments of arrival of two beams and the total intensities of these beams are used. The decision about the location of the object is made based on the grid node for which the calculated and predicted signal parameters coincide with the observed parameters according to a given similarity criterion. To obtain the calculated and predicted parameters, a predictive calculation of the beam structure of the signal is carried out. However, for these methods it is known [Mashoshin A.I. Study of the conditions for the applicability of the correlation function of a broadband multipath signal for estimating the coordinates of the source // Acoustic Journal. 2017. Volume 63. No. 3. pp. 307-313] that the depth assessment, like the distance assessment, is multi-valued, that is, at each moment of time we have not one, but several depth assessments that satisfy the similarity criterion. In addition, the implementation of these methods requires large computational resources to enumerate all hypotheses about the possible location of the object. And most importantly, the methods allow you to determine the immersion depth of a noisy object, but do not determine the maneuver of the object in depth.

Наиболее близким аналогом по выполняемым процедурам к предлагаемому изобретению является способ [Зеленкова И.Д., Афанасьев А.Н., Корецкая А.С. Патент РФ №2740169 от 23.07.2020. Способ определения координат морской шумящей цели. МПК G01S 15/00], который принят за прототип.The closest analogue in terms of the procedures performed to the proposed invention is the method [Zelenkova I.D., Afanasyev A.N., Koretskaya A.S. RF Patent No. 2740169 dated July 23, 2020. A method for determining the coordinates of a sea noise target. IPC G01S 15/00], which was adopted as a prototype.

В способе-прототипе выполняются следующие основные операции: осуществляют прогнозный расчет лучевой структуры сигнала на входе гидроакустической антенны для совокупности гипотез о возможном месте объекта в узлах сетки по дистанции и глубине, в результате которогоIn the prototype method, the following basic operations are performed: a predictive calculation of the beam structure of the signal at the input of the hydroacoustic antenna is carried out for a set of hypotheses about the possible location of the object in the grid nodes in terms of distance and depth, as a result of which

формируют для каждого узла сетки по дистанции и глубине свой двумерный массив расчетных параметров, включающий в себя набор задержек каждых двух лучей и набор интенсивностей этих лучей,for each grid node in terms of distance and depth, their own two-dimensional array of calculated parameters is formed, which includes a set of delays of each two rays and a set of intensities of these rays,

принимают гидроакустический шумовой сигнал многоэлементной антенной с апертурой в вертикальной плоскости,receive a hydroacoustic noise signal with a multi-element antenna with an aperture in the vertical plane,

вычисляют набор автокорреляционных функций сигнала на ряде последовательных интервалов времени,calculate a set of autocorrelation functions of the signal over a number of successive time intervals,

обнаруживают в каждой автокорреляционной функции локальные максимумы, и формируют из них двумерные массивы измеренных параметров, включающие в себя набор задержек каждых двух лучей и набор интенсивностей этих лучей,detect local maxima in each autocorrelation function, and form from them two-dimensional arrays of measured parameters, including a set of delays of each two rays and a set of intensities of these rays,

вычисляют коэффициент корреляции между массивом измеренных параметров и каждым из массивов расчетных параметров в узлах сетки по дистанции и глубине,calculate the correlation coefficient between the array of measured parameters and each of the arrays of calculated parameters at grid nodes by distance and depth,

принимают решение о дистанции и глубине погружения объекта путем выбора того узла сетки по дистанции и глубине, для которого получено наибольшее значение коэффициента корреляции,make a decision on the distance and depth of the object’s immersion by selecting the grid node in terms of distance and depth for which the highest value of the correlation coefficient is obtained,

отображают для оператора решения о дистанции и глубине погружения объекта на ряде последовательных интервалов времени.display for the operator decisions about the distance and depth of the object’s immersion at a number of successive time intervals.

Способ основан на анализе автокорреляционной функции принятого сигнала, которая содержит в своих локальных максимумах информацию о двух параметрах сигнала. Аргумент локального максимума, то есть координата по оси абсцисс, представляет собой задержку по времени между моментами прихода двух лучей. Амплитуда локального максимума, то есть координата по оси ординат, представляет собой совокупную интенсивность этих лучей. Сравнение измеренных задержек и интенсивностей двух лучей в принятом сигнале с задержками и интенсивностями прогнозных лучей, рассчитанными в текущих гидролого-акустических условиях для совокупности гипотез о возможном месте объекта в узлах сетки по дистанции и глубине, позволяет определить дистанцию и глубину объекта.The method is based on the analysis of the autocorrelation function of the received signal, which contains in its local maxima information about two signal parameters. The local maximum argument, that is, the x-axis coordinate, represents the time delay between the moments of arrival of two rays. The amplitude of the local maximum, that is, the y-axis coordinate, represents the total intensity of these rays. Comparison of the measured delays and intensities of two beams in the received signal with the delays and intensities of the forecast beams, calculated in the current hydrological and acoustic conditions for a set of hypotheses about the possible location of the object in the grid nodes by distance and depth, allows us to determine the distance and depth of the object.

Недостаток способа-прототипа применительно к задаче, решаемой изобретением, заключается в том, что он оптимизирован под определение пространственного положения подводного шумящего объекта по дистанции и глубине и не предусматривает определения стабильности его глубины погружения.The disadvantage of the prototype method in relation to the problem solved by the invention is that it is optimized for determining the spatial position of an underwater noisy object in terms of distance and depth and does not provide for determining the stability of its immersion depth.

Теоретически можно предположить, что способ позволил бы определить маневр объекта по глубине, если бы оператор постоянно наблюдал за глубиной и фиксировал ее изменение. Однако такое нецелевое использование способа потребует недопустимо больших вычислительных затрат и усилий оператора.Theoretically, it can be assumed that the method would make it possible to determine the maneuver of an object in depth if the operator constantly monitored the depth and recorded its change. However, such inappropriate use of the method will require unacceptably large computational costs and operator effort.

Задача изобретения - создать способ контроля стабильности глубины погружения подводного объекта, который мог бы работать в автоматическом режиме, без участия оператора, и требовал минимального количества вычислительных затрат.The objective of the invention is to create a method for monitoring the stability of the immersion depth of an underwater object, which could operate automatically, without operator participation, and require a minimum amount of computational effort.

Для решения поставленной задачи в способе получения информации о подводном шумящем объекте, в котором предварительно принимают гидроакустический шумовой сигнал многоэлементной антенной с апертурой в вертикальной плоскости, получают набор измеренных автокорреляционных функций сигнала на ряде последовательных интервалов времени, обнаруживают в каждой автокорреляционной функции совокупность локальных максимумов, и формируют из них двумерные массивы измеренных параметров, включающие в себя набор задержек каждых двух лучей и набор интенсивностей этих лучей,To solve the problem posed in a method for obtaining information about an underwater noisy object, in which a hydroacoustic noise signal is first received by a multi-element antenna with an aperture in the vertical plane, a set of measured autocorrelation functions of the signal is obtained at a number of successive time intervals, a set of local maxima is detected in each autocorrelation function, and they form two-dimensional arrays of measured parameters, including a set of delays of each two rays and a set of intensities of these rays,

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

опускают приемную антенну на глубину, заведомо превышающую максимально возможную глубину погружения исследуемого подводного объекта,lower the receiving antenna to a depth that obviously exceeds the maximum possible immersion depth of the underwater object under study,

после формирования двумерных массивов измеренных параметров фиксируют на текущий момент времени одну задержку из набора для тех двух лучей, интенсивность которых максимальна,after the formation of two-dimensional arrays of measured parameters, one delay from the set is recorded at the current time for those two rays whose intensity is maximum,

сравнивают между собой задержки в каждый предыдущий и текущий моменты времени,compare delays at each previous and current time,

принимают решение, что объект изменил глубину погружения, если задержка изменилась, илиdecide that the object has changed its depth if the delay has changed, or

принимают решение, что объект сохранил глубину погружения, если задержка не изменилась.decide that the object has maintained its diving depth if the delay has not changed.

Техническим результатом изобретения является автоматическое определение момента изменения объектом глубины погружения и значительное уменьшение количества арифметических операций относительно способа-прототипа. Это позволит применять предлагаемый способ в условиях ограниченных вычислительных ресурсов и (или) при отсутствии человека-оператора, например на борту автономных необитаемых подводных аппаратов.The technical result of the invention is the automatic determination of the moment when an object changes its immersion depth and a significant reduction in the number of arithmetic operations relative to the prototype method. This will make it possible to use the proposed method in conditions of limited computing resources and (or) in the absence of a human operator, for example, on board autonomous uninhabited underwater vehicles.

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

Рассмотрим распространение звука в морской среде от источника сигнала к приемнику. В горизонтальной плоскости звуковой сигнал распространяется прямолинейно, а в вертикальной плоскости - претерпевает рефракцию, то есть его путь искривляется. Это связано в морской среде с непостоянством скорости распространения звука на разных глубинах. В рамках лучевой теории [Бреховских Л.М., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. М.: Наука, 2007] это объясняется через понятие лучевой трубки (или кратко - луча). Под лучом понимают звуковой сигнал, выходящий из источника и проходящий на некотором удалении от него через произвольно малый контур. В рамках лучевой теории считают, что звуковая энергия «течет» по совокупности лучевых трубок (лучей), не пересекая их стенок. Из источника сигнала в сторону приемника выходит бесконечное множество лучей в вертикальной плоскости под углами от +90° вверх до -90° вниз относительно горизонтальной плоскости. Каждый из этих лучей распространяется по своей уникальной траектории, претерпевая полные внутренние отражения и (или) отражаясь от дна или поверхности. Направление движения луча в каждый следующий момент определяется градиентом скорости звука того водного слоя, в котором он оказался. Луч всегда искривляется в ту сторону по глубине, где скорость звука меньше, а угол заворота луча определяется начальным углом его входа в очередной водный слой. При распространении на большие расстояния в траектории каждого луча можно выделить участки, которые циклически повторяются, образуя совокупность верхних и нижних дуг.Let's consider the propagation of sound in the marine environment from the signal source to the receiver. In the horizontal plane, the sound signal propagates in a straight line, and in the vertical plane it undergoes refraction, that is, its path is curved. In the marine environment, this is due to the variability in the speed of sound propagation at different depths. Within the framework of ray theory [Brekhovskikh L.M., Lysanov Yu.P. Theoretical foundations of ocean acoustics. M.: Nauka, 2007] this is explained through the concept of a ray tube (or briefly, a ray). A beam is understood as an audio signal emerging from a source and passing at some distance from it through an arbitrarily small circuit. Within the framework of the ray theory, it is believed that sound energy “flows” along a set of ray tubes (rays) without crossing their walls. An infinite number of rays emerge from the signal source towards the receiver in the vertical plane at angles from +90° up to -90° down relative to the horizontal plane. Each of these rays travels along its own unique path, undergoing total internal reflections and/or bouncing off the bottom or surface. The direction of movement of the beam at each subsequent moment is determined by the sound speed gradient of the water layer in which it finds itself. The beam is always bent in the direction of depth where the speed of sound is lower, and the angle of rotation of the beam is determined by the initial angle of its entry into the next water layer. When propagating over long distances, sections of the trajectory of each ray can be identified that repeat cyclically, forming a set of upper and lower arcs.

Несмотря на то, что из источника выходит бесконечное множество лучей, не все из них достигают приемника, находящегося в фиксированной точке по глубине и дальности. Многие из лучей теряют большую долю своей интенсивности при отражениях от поверхности и дна, а другие имеют такую траекторию, которая для фиксированного расстояния до приемника проходит ниже или выше глубины его погружения. Таким образом, источник и приемник, как фиксированные точки, связывает между собой ограниченное количество лучей.Despite the fact that an infinite number of rays emerge from the source, not all of them reach the receiver, which is located at a fixed point in depth and range. Many of the rays lose a large proportion of their intensity when reflected from the surface and bottom, while others have a trajectory that, for a fixed distance to the receiver, passes below or above the depth of its immersion. Thus, the source and receiver, as fixed points, connect a limited number of rays.

Рассмотрим распространение лучей между точками источника и приемника, которые расположены друг относительно друга таким образом, что расстояние между ними любое, а глубины такие, что скорость звука на глубине источника меньше, чем скорость звука на глубине приемника. При таком взаимном расположении оказывается, что наиболее интенсивными лучами, связывающими указанные точки, будут лучи, которые можно назвать парными [Какалов В.А. О реализации согласованной со средой обработки гидроакустического сигнала от источника // Гидроакустика. Вып. 45(1). 2021. С. 68-76].Let us consider the propagation of rays between the points of the source and receiver, which are located relative to each other in such a way that the distance between them is arbitrary, and the depths are such that the speed of sound at the depth of the source is less than the speed of sound at the depth of the receiver. With such a mutual arrangement, it turns out that the most intense rays connecting the indicated points will be rays that can be called paired [Kakalov V.A. On the implementation of environment-consistent processing of a hydroacoustic signal from a source // Hydroacoustics. Vol. 45(1). 2021. pp. 68-76].

Каждая пара содержит два луча. В точке источника, в точке с меньшей скоростью звука, лучи пары имеют углы, близкие по абсолютному значению, но противоположные по знаку. В точке приемника, в точке с большей скоростью звука, лучи пары имеют углы, близкие и по абсолютному значению и по знаку. В крайнем случае, это может быть даже одна пара. В других случаях все пары обладают указанными свойствами в равной мере, поэтому для простоты реализации способа можно ограничиться рассмотрением только одной пары лучей, обладающих наибольшей интенсивностью. Это и предусмотрено в способе при выполнении процедуры выбора задержки, соответствующей паре лучей с максимальной интенсивностью.Each pair contains two beams. At the source point, at a point with a lower speed of sound, the rays of the pair have angles that are close in absolute value, but opposite in sign. At the receiver point, at a point with a higher speed of sound, the rays of the pair have angles that are close both in absolute value and sign. In extreme cases, it could even be one pair. In other cases, all pairs have the indicated properties equally, therefore, for ease of implementation of the method, we can limit ourselves to considering only one pair of rays with the highest intensity. This is provided for in the method when performing the procedure for selecting a delay corresponding to a pair of rays with maximum intensity.

Необходимо отметить, что для реализации способа важно, чтобы источник находился в точке с меньшей скоростью звука, а приемник в точке с большей скоростью звука. Именно в этом случае источник и приемник соединяет пара лучей, обладающая указанными свойствами.It should be noted that to implement the method, it is important that the source is located at a point with a lower speed of sound, and the receiver at a point with a higher speed of sound. It is in this case that the source and receiver are connected by a pair of rays that have the indicated properties.

Анализ траекторий лучей такой пары показывает, что траектория одного луча в паре отличается от траектории второго луча в паре на одну верхнюю дугу. Это происходит в связи с тем, что около точки с меньшей скоростью звука, в которой расположен источник, луч, направленный вверх, претерпевает полное внутреннее отражение, и возвращается на глубину источника под углом, уже направленным вниз. У траектории второго луча такой дополнительной дуги нет, так как второй луч около источника изначально имеет угол, направленный вниз. Остальные дуги у обоих лучей повторяются одинаковое количество циклов. Это обусловлено тем, что лучи пары при выходе из источника имеют углы, близкие по абсолютному значению. Поэтому первый луч, после дополнительной дуги, возвращается на глубину источника под углом, близким к углу второго луча и по знаку и по абсолютному значению. Тогда, распространяясь далее, оба луча имеют одинаковое количество повторяющихся дуг. При этом указанная особая часть траектории первого луча (верхняя дуга) тем длиннее, чем больше глубина источника. Тогда разница времен хода сигнала по одному и по второму лучу в паре не зависит от разности длин их полных путей, а определяется только дополнительным участком траектории первого луча, то есть зависит от глубины погружения источника. Чем больше разница времен хода, тем больше глубина источника, и наоборот. Если мы найдем разницу времен хода между лучами в паре, то эта разница будет характеризовать глубину погружения источника.Analysis of the ray trajectories of such a pair shows that the trajectory of one ray in the pair differs from the trajectory of the second ray in the pair by one upper arc. This occurs due to the fact that near a point with a lower speed of sound, where the source is located, the beam directed upward undergoes total internal reflection and returns to the depth of the source at an angle already directed downward. The trajectory of the second ray does not have such an additional arc, since the second ray near the source initially has an angle directed downward. The remaining arcs for both rays are repeated the same number of cycles. This is due to the fact that the rays of the pair, when leaving the source, have angles that are close in absolute value. Therefore, the first ray, after an additional arc, returns to the depth of the source at an angle close to the angle of the second ray both in sign and in absolute value. Then, propagating further, both rays have the same number of repeating arcs. In this case, the specified special part of the trajectory of the first ray (upper arc) is longer, the greater the depth of the source. Then the difference in the travel times of the signal along one and the second beam in a pair does not depend on the difference in the lengths of their complete paths, but is determined only by an additional section of the trajectory of the first beam, that is, it depends on the depth of the source. The greater the difference in travel times, the greater the depth of the source, and vice versa. If we find the difference in travel times between the beams in a pair, then this difference will characterize the immersion depth of the source.

Приемник необходимо погрузить на такую глубину, на которой скорость звука на его горизонте будет превышать скорость звука на возможных горизонтах источника. Основной тенденцией скорости звука является ее увеличение с глубиной, связанное с увеличением гидростатического давления. Поэтому, даже без анализа скорости звука, можно погрузить приемник на глубину, превышающую возможные глубины погружения источника. Это обеспечит приемнику условия, в которых образуются пары лучей с необходимыми свойствами. Для этого в способ введена соответствующая процедура.The receiver must be immersed to a depth at which the speed of sound at its horizon will exceed the speed of sound at possible horizons of the source. The main tendency of the speed of sound is its increase with depth, associated with an increase in hydrostatic pressure. Therefore, even without analyzing the speed of sound, it is possible to immerse the receiver to a depth exceeding the possible immersion depth of the source. This will provide the receiver with conditions in which pairs of beams with the necessary properties are formed. For this purpose, an appropriate procedure has been introduced into the method.

Опустив приемник, на выходе антенны мы будем иметь сигнал, содержащий в своем составе сигналы двух лучей, углы которых близки как по абсолютному значению, так и по знаку. Такие сигналы не разрешимы характеристикой направленности антенны. Однако процедура вычисления автокорреляционной функции позволит выделить задержку по времени между моментами прихода двух лучей в паре, то есть разницу времен хода лучей. А анализ разницы времен хода в динамике позволит определить маневр источника по глубине. Что и предложено в заявляемом способе.By lowering the receiver, at the antenna output we will have a signal containing the signals of two beams, the angles of which are close both in absolute value and in sign. Such signals are not resolvable by the antenna's directivity characteristics. However, the procedure for calculating the autocorrelation function will make it possible to isolate the time delay between the moments of arrival of two rays in a pair, that is, the difference in the travel times of the rays. And analysis of the difference in travel times in dynamics will make it possible to determine the maneuver of the source in depth. This is what is proposed in the proposed method.

Необходимо отметить, что задержка по времени между моментами прихода парных лучей зависит не только от глубины погружения источника, но и от углов выхода этих лучей, которые нам неизвестны. Поэтому предлагаемый способ не позволяет определить само значение глубины погружения источника. Однако, что важно, динамика задержки позволяет однозначно определить динамику глубины погружения. Задержка увеличилась - глубина увеличилась, задержка уменьшилась - глубина уменьшилась.It should be noted that the time delay between the moments of arrival of paired rays depends not only on the depth of the source, but also on the exit angles of these rays, which are unknown to us. Therefore, the proposed method does not allow us to determine the actual value of the source immersion depth. However, what is important is that the dynamics of the delay allows one to unambiguously determine the dynamics of the depth of immersion. The delay increased - the depth increased, the delay decreased - the depth decreased.

Все процедуры способа автоматизированы, количество арифметических операций значительно меньше, чем в способе-прототипе, осуществляющем многократный перебор гипотез в узлах сетки по дистанции и глубине.All procedures of the method are automated, the number of arithmetic operations is much less than in the prototype method, which performs multiple iterations of hypotheses at grid nodes by distance and depth.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой изображена укрупненная блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Способ технически реализуется аппаратно-программными средствами по структурной схеме, приведенной на фиг. 1. Структурная схема включает последовательно соединенные блоки: антенну 1, блок 2 вычисления автокорреляционной функции сигнала (АКФ), блок 3 определения относительной задержки времени прихода между лучами (ЗД), блок 4 принятия решения о маневре объекта по глубине погружения (МАНЕВР).The essence of the invention is illustrated in Fig. 1, which shows an enlarged block diagram of a device that implements the proposed method. The method is technically implemented in hardware and software according to the block diagram shown in Fig. 1. The block diagram includes series-connected blocks: antenna 1, block 2 for calculating the autocorrelation function of the signal (ACF), block 3 for determining the relative delay of the arrival time between beams (TA), block 4 for making a decision on the maneuver of the object according to the depth of immersion (MANEUVER).

С помощью аппаратуры (фиг. 1) заявленный способ реализуется следующим образом. Приемную антенну 1 опускают на глубину, заведомо превышающую максимально возможную глубину погружения исследуемого подводного объекта. При этом создаются условия для распространения звуковых лучей между источником сигнала и приемником парами, выходящими из источника под углами, близкими по абсолютному значению, но направленными вверх и вниз, и отличающимися друг от друга только наличием у одного из лучей дополнительной «верхней» дуги как особой части траектории лучевого цикла. Задержка по времени распространения между лучами в таких парах, которую можно оценить в точке приемника, содержит информацию о глубине погружения источника. После опускания антенны 1 на нужную глубину, она принимает шумовой сигнал от источника излучения, то есть от объекта.Using the equipment (Fig. 1), the claimed method is implemented as follows. The receiving antenna 1 is lowered to a depth that obviously exceeds the maximum possible immersion depth of the underwater object under study. In this case, conditions are created for the propagation of sound rays between the signal source and the receiver in pairs, emerging from the source at angles close in absolute value, but directed up and down, and differing from each other only by the presence of an additional “upper” arc in one of the rays as a special parts of the beam cycle trajectory. The propagation time delay between beams in such pairs, which can be estimated at the receiver point, contains information about the depth of the source. After lowering the antenna 1 to the desired depth, it receives a noise signal from the radiation source, that is, from the object.

Шумовой сигнал поступает в блок 2 АКФ, где осуществляется вычисление автокорреляционных функций на ряде последовательных интервалов времени. Каждая из последовательно вычисленных автокорреляционных функций последовательно поступает в блок 3 ЗД. В блоке 3 осуществляется обнаружение совокупности локальных максимумов в текущей автокорреляционной функции, которые сохраняются в виде двух массивов X_l и Y_l, где X - абсцисса, то есть задержка по времени между моментами прихода двух лучей, Y - ордината, то есть совокупная интенсивность этих лучей, l∈[1,n] - номера локальных максимумов, из которых образуется набор из n задержек и интенсивностей. Затем в блоке 3 фиксируют на текущий момент времени j одну задержку ΔT_j из набора для тех двух лучей, интенсивность которых максимальна ΔT_j=argmax{Y_l=ƒ(X_l)}. Полученная задержка между лучами в каждый текущий момент времени поступает в блок 4 МАНЕВР.The noise signal enters block 2 of the ACF, where the autocorrelation functions are calculated over a number of successive time intervals. Each of the sequentially calculated autocorrelation functions sequentially enters block 3 of the 3D. In block 3, a set of local maxima is detected in the current autocorrelation function, which are stored in the form of two arrays X _l and Y _l , where X is the abscissa, that is, the time delay between the moments of arrival of two rays, Y is the ordinate, that is, the total intensity of these rays, l∈[1,n] - numbers of local maxima from which a set of n delays and intensities is formed. Then in block 3, at the current moment of time j, one delay ΔT _j is recorded from the set for those two rays whose intensity is maximum ΔT _j =argmax{Y _l =ƒ(X _l )}. The resulting delay between the beams at each current moment of time is supplied to block 4 MANEUVER.

В оперативной памяти блока 4 сохраняется задержка между лучами ΔT_j-1, полученная в предыдущий момент времени j - 1. При поступлении задержки ΔT_j в текущий момент времени j производится их сравнение по абсолютной величине. Если ΔT_j>ΔT_j-1, то считают, что объект увеличил глубину погружения. Если ΔT_j<ΔT_j-1, то считают, что объект уменьшил глубину погружения. Если ΔT_j=ΔT_j-1, то считают, что объект сохранил глубину погружения.In the RAM of block 4, the delay between beams ΔT _j-1 , obtained at the previous moment of time j - 1, is stored. When the delay ΔT _j arrives at the current moment of time j, they are compared in absolute value. If ΔT _j >ΔT _j-1 , then it is considered that the object has increased its immersion depth. If ΔT _j <ΔT _j-1 , then it is considered that the object has reduced its immersion depth. If ΔT _j =ΔT _j-1 , then it is considered that the object has maintained its immersion depth.

Все изложенное позволяет считать задачу изобретения решенной. Предложен способ получения информации о подводном шумящем объекте, предназначенный для определения момента времени, когда подводный движущийся объект, наблюдаемый средствами шумопеленгования, изменяет глубину своего погружения.All of the above allows us to consider the problem of the invention solved. A method is proposed for obtaining information about an underwater noisy object, designed to determine the moment in time when an underwater moving object, observed by means of noise direction finding, changes the depth of its immersion.

Claims (1)

Способ получения информации о подводном шумящем объекте, в котором предварительно принимают гидроакустический шумовой сигнал многоэлементной антенной с апертурой в вертикальной плоскости, получают набор измеренных автокорреляционных функций сигнала на ряде последовательных интервалов времени, обнаруживают в каждой автокорреляционной функции совокупность локальных максимумов, и формируют из них двумерные массивы измеренных параметров, включающие в себя набор задержек каждых двух лучей и набор интенсивностей этих лучей, отличающийся тем, что опускают приемную антенну на глубину, заведомо превышающую максимально возможную глубину погружения исследуемого подводного объекта, после формирования двумерных массивов измеренных параметров фиксируют на текущий момент времени одну задержку из набора для тех двух лучей, интенсивность которых максимальна, сравнивают между собой задержки в каждый предыдущий и текущий моменты времени, принимают решение, что объект изменил глубину погружения, если задержка изменилась, или принимают решение, что объект сохранил глубину погружения, если задержка не изменилась.A method for obtaining information about an underwater noisy object, in which a hydroacoustic noise signal is first received by a multi-element antenna with an aperture in the vertical plane, a set of measured autocorrelation functions of the signal is obtained at a number of successive time intervals, a set of local maxima is detected in each autocorrelation function, and two-dimensional arrays are formed from them measured parameters, including a set of delays of each two rays and a set of intensities of these rays, characterized in that the receiving antenna is lowered to a depth that obviously exceeds the maximum possible immersion depth of the underwater object under study, after the formation of two-dimensional arrays of measured parameters, one delay is recorded at the current time from the set for those two rays whose intensity is maximum, compare the delays at each previous and current time, decide that the object has changed its immersion depth if the delay has changed, or decide that the object has maintained its immersion depth if the delay has not changed .

Images