СПОСОБ КЛАССИФИКАЦИИ ЯКОРНОЙ МИНЫ НА ТЕЧЕНИИ Российский патент 1995 года по МПК G01S15/00 

Изобретение относится к гидроакустике и предназначено для обнаружения объектов со слабой отражающей способностью вводной среде с течением.

Известен способ классификации подводных объектов, в частности якорных мин (европейский патент N 0342093, кл. G 01 S 15/42, 1989), позволяющий определять характеристики подводных мин.

Недостатком способа является необходимость излучения сигналов, что демаскирует объект, классифицирующий якорную мину.

Наиболее близким к изобретению является (Яковлев А.Н. Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. Л. Судостроение 1989, с.130) способ классификации объектов, основанный на оценке максимума нормированной взаимно-корреляционной функции (ВКФ) и сравнении ее с эталоном.

Но этот способ также требует излучения гидролокационных сигналов.

Целью изобретения является повышение достоверности классификации объектов при сохранении скрытности за счет использования пассивного способа классификации якорной мины.

Цель достигается за счет использования шумоизлучения колебательной системы, состоящей из колеблющегося тела (корпуса якорной мины) и образующихся вихрей дорожки Кармана.

Известно, что (Подводная акустика и обработка сигналов. /Под ред. Л. Бюеерне. М. Мир, 1985) если тело, образующее вихри, колеблется с частотой образования вихрей, то система синхроизлучается и излучаемая акустическая мощность возрастает за счет увеличения когерентности колебательной системы корпус якорной мины вихри. Процесс увеличения силы и амплитуды колебаний нарастает до тех пор, пока в нем не примет участие большая часть длины корпуса. Зная частоту собственных (резонансных) колебаний якорной мины известного типа на известном течении, можно при обнаружении периодического сигнала увеличить отношение сигнал/шум методом изменения его ВКФ с периодическим сигналом той же частоты.

Для этого известное техническое решение по классификации объектов дополнено включением в состав обработки принятого сигнала процедурой вычисления ВКФ между принятым и эталонным периодическими сигналами с частотой, равной прогнозируемой частоте собственных (резонансных) колебаний известной якорной мины на известном течении, по совпадении периода незатухающей по амплитуде ВКФ с периодом собственных колебаний мины на течении.

Сравнение с известным техническим решением показывает, что предлагаемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки: использование для повышения достоверности процедуры классификации соответствия измеренного значения периода ВКФ величине периода собственных колебаний якорной мины на течении, использование для повышения достоверности в принятом сигнале периодической составляющей операции контроля незатухающей амплитуды ВКФ путем измерения среднего значения амплитуд максимумов ВКФ, разнесенных по времени на величину прогнозируемого периода, вычисление прогнозируемой величины периода собственных колебаний якорной мины.

Период собственных колебаний якорной мины определяется по формуле
t (1) где ω_n частота собственных колебаний n-го порядка, вычисляемая по формуле
ω_n(2n-1) для конкретной мины ω=0,4 (2)
где l длина минрепа;
n порядок собственных колебаний якорной мины, определяемый путем решения уравнения
(2n-1) <v< [2(n+1)-1] (3)
где d диаметр корпуса якорной мины;
V скорость течения;
Т средняя величина силы натяжения по длине минрепа;
m суммарная масса единицы длины минрепа.

Применение взаимно-корреляционной обработки позволяет использовать не только энергию сигнала от якорной мины на течении, но и энергию эталонного периодического сигнала.

На чертеже изображена схема устройства, реализующего данный способ, где 1 акустическая антенна, 2 блок формирования N пространственных каналов наблюдения, 3 N-канальный коррелятор, 4 индикатор (N-перьевой регистратор сигналов в координатах: изменение значений ВКФ по пространственным каналам во времени τ величина временного сдвига аргумент ВКФ, 5 управляемый генератор, 6 блок вычисления периода (прогнозируемого значения) собственных колебаний якорной мины на течении по формулам (1), (2), (3), 7 индикатор прогнозируемого значения t, 8 мерная линейка, предназначенная для определения оператором периода ВКФ, а также для контроля неуменьшающейся амплитуды максимумов ВКФ.

Акустическая антенна 1 соединена через блок 2 формирования N пространственных каналов наблюдения с первыми входами N-канального коррелятора, выходы которого соединены с соответствующими входами индикатора 4 (или N-перьевого регистратора) сигналов в координатах: изменение значений ВКФ во времени для N пространственных каналов. На экране индикатора 4 установлена мерная линейка 8. Вторые входы N-канального коррелятора соединены с выходом управляемого генератора 5, вход которого соединен с первым выходом блока 6 вычисления периода (прогнозируемого значения) собственных колебаний якорной мины на течении по формулам (1) (3). Второй выход блока 6 соединен с индикатором 7 (цифровым) прогнозируемого значения t. Все блоки, входящие в состав устройства, типовые.

Устройство работает следующим образом.

Акустическая антенна 1 преобразует акустический сигнал в электрический, блок 2 формирует сигналы N-пространственных каналов наблюдения и передает их на первые входы N-канального коррелятора 3, на вторые входы которого поступает сигнал с управляемого генератора 5. Выходы N-канального коррелятора 3 соединены с индикатором 4 (N-перьевым регистратором) сигналов ВКФ в координатах: изменение значений ВКФ по времени для N пространственных каналов. Управляемый генератор 5 вырабатывает эталонный периодический сигнал с частотой ω_n, равной прогнозируемой частоте собственных колебаний якорной мины на течении, при этом период колебаний t рассчитывается в блоке 6 вычисления периода собственных колебаний якорной мины на течении по формулам (1), (2) и (3). Полученное значение в блоке 6 высвечивается индикатором 7 прогнозируемого значения t и позволяет оператору сравнить данное значение с измеренным на индикаторе 4 с помощью мерной линейки 8 периода ВКФ, максимумы которой со временем (в среднем) не уменьшаются.

На чертеже по индикатору 4 видно, что оператор примет решение об обнаружении факта наличия известного типа якорной мины (l, m, T, d) во втором пространственном канале по совпадению фактов: равенству измеренного оператором с помощью мерной линейки 8 периода максимумов ВКФ периоду, рассчитанному в блоке 6 и высвеченному на индикаторе 7, а также по факту не уменьшающихся со временем (кратным периоду t) амплитуд максимумов ВКФ. Таким образом, достигается повышенная достоверность классификации якорной мины на течении.

Использование: в гидроакустике для обнаружения и классификации малоразмерных целей в водной среде с течением. Цель изобретения повышение достоверности классификации объектов при сохранении скрытности за счет использования пассивного способа классификации якорной мины. Цель достигается путем обнаружения периодических сигналов шумоизлучения колебательной системы, состоящей из колеблющегося тела (корпуса якорной мины) и образующихся вихрей дорожки карнана. Вычисляют взаимно-корреляционную функцию между принятым сигналом и эталонным периодическим сигналом с частотой ω Решение о классификации якорной мины конкретного образца принимают при совпадении периода незатухающей взаимно-корреляционной функции с периодом t собственных колебаний якорной мины на течении. 1 ил.

СПОСОБ КЛАССИФИКАЦИИ ЯКОРНОЙ МИНЫ НА ТЕЧЕНИИ, основанный на корреляционной обработке принятого сигнала, отличающийся тем, что принимают сигнал шумоизлучения колеблющегося корпуса якорной мины на течении и образующихся вихрей дорожки Кармана, формируют эталонный периодический сигнал с частотой ω равной частоте собственных колебаний якорной мины на течении, вычисляют взаимно-корреляционную функцию между принятым и эталонным периодическим сигналом с частотой w решение о классификации конкретного типа якороной мины принимают при совпадении периода незатухающей взаимно-корреляционной функции с периодом t собственных колебаний якорной мины на течении, определяемым по формуле

где w частота собственных колебаний якорной мины на течении, определяемая из выражения

где d диаметр корпуса конкретного типа якорной мины;
v скорость течения.