Гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося подводного источника звука, измерения пеленга на источник звука и горизонта источника звука в мелком море в инфразвуковом диапазоне частот Российский патент 2023 года по МПК G01S3/80 

Гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося подводного источника звука, измерения пеленга на источник звука и горизонта источника звука в мелком море в инфразвуковом диапазоне частот

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения движущегося подводного источника звука, измерения азимутального угла на источник звука и горизонта источника звука в мелком море с помощью акустических приемников, координаты которых и угловое положение считаются известными.

Общеизвестен способ определения азимутального угла и угла места подводного источника звука (Гордиенко В.А., Ильичев В.И., Захаров Л.Н. Векторно-фазовые методы в акустике. М.: Наука, 1989. 223 с.). В этом способе с помощью комбинированного приемника, содержащего канал звукового давления и три векторных канала, измеряются три компоненты вектора интенсивности, а азимутальный угол на источник звука и угол места в локальной координатной системе, связанной с комбинированным приемником, определяются формулами

где ϕ, θ - азимутальный угол и угол места, I_x, I_y, I_z - компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности.

Однако погрешность определения азимутального угла и угла места по формулам (1) достаточно велика, и особенно, в условиях мелкого моря и низких частот.Объясняется это тем, что комбинированный приемник является точечным приемником с дипольной характеристикой направленности в векторных каналах, а его помехоустойчивость, которая также влияет на погрешность определения азимутального угла и угла места по формулам (1), невелика и оценивается в 5-6дБ. Кроме того, в условиях мелкого моря и низких частот вектор интенсивности приобретает вихревую составляющую, которая существенно влияет на компоненты суммарного вектора интенсивности и на их отношение. Следовательно, она влияет и на погрешность определения азимутального угла и угла места по формулам (1), которые справедливы только для условий свободного пространства (глубокого моря), когда вектор интенсивности содержит только потенциальную составляющую.

Известен гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося подводного источника звука, измерения пеленга на источник звука и горизонта источника звука в мелком море (Патент РФ №2739000), содержащий N акустических комбинированных приемников, образующих донную вертикально ориентированную эквидистантную антенну, в которой расстояние между комбинированными приемниками равно заданной погрешности определения вертикальной координаты (горизонта) источника звука Δz, число приемников N=H/Δz (где Н - глубина моря), каждый комбинированный приемник состоит из гидрофона, трехкомпонентного векторного приемника и соединенных с ними усилителей, телеметрический блок, вход которого соединен с выходом акустических комбинированных приемников, включающий делители напряжения, аналого-цифровую преобразующую схему, единую схему электронного мультиплексирования, модулятор и оптический излучатель, связанный оптической линией связи с оптическим ресивером, а также систему сбора, обработки и отображения информации, которая включает в себя N-канальную подсистему определения горизонта источника, содержащую N-канальный блок сбора и первичной обработки информации, вход которого соединен с выходом оптического ресивера, устройство доступа к цифровым сетям передачи данных, N-канальный блок вычисления вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора и первичной обработки информации, N-канальный блок квадратичных детекторов вертикальной компоненты вектора колебательной скорости, вход которого соединен с выходом блока сбора и первичной обработки информации, N-канальный блок формирования направленности по вертикальному потоку мощности, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности, второй вход соединен с выходом блока квадратичных детекторов вертикальной компоненты вектора колебательной скорости, N-канальный блок интеграторов, вход которого соединен с первым выходом блока формирования направленности по вертикальному потоку мощности, блок определения максимума вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока интеграторов, а выход соединен с первым входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, причем за горизонт источника звука принимается горизонт акустического комбинированного приемника, которому соответствует максимум вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности, определяемый в блоке определения максимума вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности, N-канальную подсистему пеленгования, содержащую N-канальный блок формирования М пространственных каналов в каждом из N каналов, причем М=360°/Δϕ, где Δ(- заданная погрешность определения пеленга, MN-канальный блок формирования набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П), MN-канальный блок выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), MN-канальный блок формирования набора информативных параметров для помехи (П), MN-канальный блок усреднения информативных параметров для суммарного процесса (С+П), MN-канальный блок усреднения информативных параметров для помехи (П), MN-канальный блок формирования отношения сигнал-помеха (ОСП) по всем информативным параметрам, MN-канальный компаратор, N-канальный блок формирования время-углового распределения (ВУР) в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, N-канальный блок формирования (ВУР) в географической системе координат, блок формирования (ВУР) гидроакустического комплекса, выход которого соединен со вторым входом устройства доступа к к цифровым сетям передачи данных, причем усредненный пеленг определяется по формулам усреднения с весом, а в качестве весовых коэффициентов используются значения (ОСП)_max,n.

где ϕ_n - пеленг на шумящий объект в географической системе координат, ϕ_n0 - угловое положение оси Х локальной системы координат n-го приемника относительно севера по показаниям n-го компаса,

N-канальную подсистему обнаружения, содержащую N-канальный блок формирования набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П), N-канальный блок выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), N-канальный блок формирования набора информативных параметров для помехи (П), N-канальный блок усреднения информативных параметров для суммарного процесса (С+П), N-канальный блок усреднения информативных параметров для помехи (П), N-канальный блок формирования (ОСП) по всем информативным параметрам, N-канальный компаратор, выделяющий в каждом канале информативный параметр, которому соответствует максимальное значение , выход которого соединен с третьим входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, в котором существенно увеличена помехоустойчивость, дальность обнаружения источника звука и определения его угловых координат.

Настоящий комплекс является наиболее близким к заявленному изобретению и принят в качестве прототипа. Недостатком этого комплекса является сравнительно большая погрешность пеленгования в инфразвуковом диапазоне частот, связанная с появлением у вектора интенсивности вихревой составляющей. В этом комплексе вихревая составляющая учитывается только в алгоритмах обработки, повышающих помехоустойчивость приемной системы, но не учитывается в алгоритмах пеленгования. Кроме того, дальность действия комплекса уменьшается, если вихревая составляющая вектора интенсивности не учитывается в алгоритмах обработки всей сигнальной информации.

Задачей настоящего изобретения является устранение этого недостатка, т.е. разработка гидроакустического комплекса, позволяющего решать проблему обнаружения, и проблему пеленгования подводного источника звука в условиях мелкого моря и инфразвуковых частот с учетом вихревой составляющей вектора интенсивности. с повышенной точностью и дальностью действия.

Для достижения указанной задачи в гидроакустический комплекс, содержащий N акустических комбинированных приемников, образующих донную вертикально ориентированную эквидистантную антенну, в которой расстояние между комбинированными приемниками равно заданной погрешности определения вертикальной координаты (горизонта) источника звука Δz, число приемников N=H/Δz (где Н - глубина моря), каждый комбинированный приемник состоит из гидрофона, трехкомпонентного векторного приемника и соединенных с ними усилителей, телеметрический блок, вход которого соединен с выходом акустических комбинированных приемников, включающий делители напряжения, аналого-цифровую преобразующую схему, единую схему электронного мультиплексирования, модулятор и оптический излучатель, связанный оптической линией связи с оптическим ресивером, а также систему сбора, обработки и отображения информации, которая включает в себя N-канальную подсистему определения горизонта источника, содержащую N-канальный блок сбора и первичной обработки информации, вход которого соединен с выходом оптического ресивера, устройство доступа к цифровым сетям передачи данных, N-канальный блок вычисления вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора и первичной обработки информации, N-канальный блок квадратичных детекторов вертикальной компоненты вектора колебательной скорости, вход которого соединен с выходом блока сбора и первичной обработки информации, N-канальный блок формирования направленности по вертикальному потоку мощности, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности, второй вход соединен с выходом блока квадратичных детекторов вертикальной компоненты вектора колебательной скорости, N-канальный блок интеграторов, вход которого соединен с первым выходом блока формирования направленности по вертикальному потоку мощности, блок определения максимума вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока интеграторов, а выход соединен с первым входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, причем за горизонт источника звука принимается горизонт акустического комбинированного приемника, которому соответствует максимум вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности, определяемый в блоке определения максимума вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности, N-канальную подсистему пеленгования, содержащую N-канальный блок формирования М пространственных каналов в каждом из N каналов, причем М=360°/Δϕ, где Δ(- заданная погрешность определения пеленга, MN-канальный блок формирования набора 13 основных информативных параметров для суммарного процесса (С+П), MN-канальный блок выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), MN-канальный блок формирования набора 13 основных информативных параметров для помехи (П), N-канальный компас, N-канальную подсистему обнаружения, содержащую N-канальный блок формирования набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П), N-канальный блок выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), N-канальный блок формирования набора информативных параметров для помехи (П), N-канальный блок усреднения информативных параметров для суммарного процесса (С+П), N-канальный блок усреднения информативных параметров для помехи (П), N-канальный блок формирования (ОСП) по всем информативным параметрам, N-канальный компаратор, выделяющий в каждом канале информативный параметр, которому соответствует максимальное значение , выход которого соединен с третьим входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, дополнительно введены MN-канальный блок формирования набора 6 дополнительных информативных параметров для суммарного процесса сигнал плюс помеха (С+П), вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования М пространственных каналов, MN-канальный блок формирования набора 6 дополнительных информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходом MN-канального блока выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), MN-канальный блок усреднения полного набора 19 информативных параметров для суммарного процесса (С+П), вход которого соединен с выходами MN-канального блока формирования набора основных 13 информативных параметров и набора 6 дополнительных информативных параметров для суммарного процесса (С+П), MN-канальный блок усреднения полного набора 19 информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходами MN-канального блока формирования набора основных 13 информативных параметров и набора 6 дополнительных информативных параметров для помехи (П), MN-канальный блок формирования отношения сигнал-помеха (ОСП) по всем 19 информативным параметрам, вход которого соединен с выходами блоков усреднения полного набора 19 информативных параметров для суммарного процесса (С+П) и помехи (П), MN-канальный блок формирования отношения сигнал-помеха (ОСП) по всем 19 информативным параметрам, вход которого соединен с выходами блоков усреднения 19 информативных параметров для суммарного процесса (С+П) и помехи (П), MN-канальный компаратор, вход которого соединен с выходом MN-канального блока формирования (ОСП) по всем 19 информативным параметрам, N-канальный блок формирования время - углового распределения (ВУР) в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, вход которого соединен с выходом MN-канального компаратора, N-канальный блок формирования (ВУР) в географической системе координат, первый вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования (ВУР) в локальной системе координат, а второй вход соединен с выходом N-го канального компаса, блок формирования (ВУР) гидроакустического комплекса, вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования (ВУР) в географической системе координат, а выход соединен со вторым входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных,

В предлагаемом комплексе существенными признаками, общими с прототипом, являются

гидроакустический комплекс, содержащий N акустических комбинированных приемников, образующих донную вертикально ориентированную эквидистантную антенну, в которой расстояние между комбинированными приемниками равно заданной погрешности определения вертикальной координаты (горизонта) источника звука Δz, число приемников N=H/Δz (где H-глубина моря), каждый комбинированный приемник состоит из гидрофона, трехкомпонентного векторного приемника и соединенных с ними усилителей, телеметрический блок, вход которого соединен с выходом акустических комбинированных приемников, включающий делители напряжения, аналого-цифровую преобразующую схему, единую схему электронного мультиплексирования, модулятор и оптический излучатель, связанный оптической линией связи с оптическим ресивером,

систему сбора, обработки и отображения информации, в которую входит N-канальная подсистема определения горизонта источника, содержащая N канальный блок сбора и первичной обработки информации, вход которого соединен с выходом оптического ресивера, устройство доступа к цифровым сетям передачи данных, N-канальный блок вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора, и первичной обработки информации, N-канальный блок квадратичных детекторов вертикальной компоненты вектора колебательной скорости, вход которого соединен с выходом блока сбора, обработки и отображения информации, N-канальный блок формирования направленности по вертикальному потоку мощности, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, второй вход соединен с выходом блока квадратичных детекторов вертикальной компоненты вектора колебательной скорости, N-канальный блок интеграторов, вход которого соединен с первым выходом блока формирования направленности по вертикальному потоку мощности, блок определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока интеграторов, а выход соединен с первым входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных.

N-канальная подсистема пеленгования, содержащая N-канальный блок формирования М пространственных каналов в каждом из N каналов, причем М=360°/Δϕ, где Δ(- заданная погрешность определения пеленга, вход которого соединен с выходом N-канального блока сбора и первичной обработки информации, MN-канальный блок формирования набора 13 основных информативных параметров для суммарного процесса (С+П), MN-канальный блок выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), MN-канальный блок формирования набора 13 основных информативных параметров для помехи (П), N- канальный компас,

N-канальная подсистема обнаружения, содержащая N-канальный блок формирования набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П), вход которого соединен с выходом N-канального блока сбора и первичной обработки информации, N-канальный блок выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), вход которого соединен с выходом N-канального блока сбора обработки и отображения информации, N-канальный блока формирования набора информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходом N-канального блока выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), N-канальный блок усреднения информативных параметров для суммарного процесса (С+П), вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П), N-канальный блок усреднения информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования набора информативных параметров для помехи (П), N-канальный блок формирования (ОСП) по всем информативным параметрам, вход которого соединен с выходами блоков усреднения информативных параметров для суммарного процесса (С+П) и помехи (П), N-канальный компаратор, вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования (ОСП) по всем информативным параметрам, выделяющий в каждом канале информативный параметр, которому соответствует максимальное значение (ОСП) принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением (ОСП) максимального (ОСП), вычисленного в каждом канале N-канального компаратора.

Отличительными существенными признаками являются.

MN-канальный блок формирования набора дополнительных информативных параметров для суммарного процесса (С+П), MN-канальный блок формирования набора дополнительных информативных параметров для помехи (П), MN-канальный блок усреднения полного набора 19 информативных параметров для суммарного процесса (С+П), MN-канальный блок усреднения полного набора 19 информативных параметров для помехи (П), MN-канальный блок формирования отношения сигнал-помеха (ОСП) по полному набору информативным параметрам, MN-канальный компаратор, работающий по полному набору 19 информативных параметров, N-канальный блок формирования время-углового распределения (ВУР) в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, работающий по полному набору 19 информативных параметров, N-канальный блок формирования (ВУР) в географической системе координат, работающий по полному набору 19 информативных параметров, блок формирования (ВУР) гидроакустического комплекса, работающий по полному набору 19 информативных параметров, выход которого соединен со вторым входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных.

Таким образом, именно такая совокупность существенных признаком заявленного устройства позволяет уменьшить погрешность определения пеленга за счет формирования набора пространственных каналов с увеличенным (ОСП) в каждом пространственном канале. Использование при обработке полного набора информативных параметров, характеризующих звуковое поле в скалярно - векторном описании, позволяет увеличить помехоустойчивость комплекса и дальность действия в режиме обнаружения малошумных объектов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена донная вертикально ориентированная эквидистантная антенна, схема расположения акустических комбинированных приемников и источника звука относительно локальной системы координат (x,y,z), связанной с одним из комбинированных приемников. Там же показана система координат (α, (,z), повернутая на угол ϕ_m относительно локальной системы координат (x,y,z), и набор пространственных каналов с угловым разрешением ∆ϕ. На фиг.2 представлена блок-схема гидроакустического измерительного комплекса.

Заявленный гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося источника звука, измерения пеленга на источник звука и горизонта источника звука в мелком море содержит донную вертикально ориентированную эквидистантную антенну I, телеметрический блок II и систему III сбора, обработки и передачи информации.

Донная вертикально ориентированная эквидистантная антенна I образуется посредством N акустических комбинированных приемников, каждый из которых состоит из гидрофона, трехкомпонентного векторного приемника градиента давления и соединенных с ним усилителей (не чертеже не показаны). Геометрия расположения комбинированных приемников и источника звука относительно локальной системы координат, связанной с одним из комбинированных приемников, поясняется фиг.1. Телеметрический блок II включает в себя делители напряжения 1, аналого-цифровую преобразующую схему 2, единую схему 3 электронного мультиплексирования, модулятор 4 и оптический излучатель 5, связанный оптической линией связи 6 с оптическим ресивером 7. Система III сбора, обработки и передачи информации включает в себя N канальный блок 8 сбора и первичной обработки информации, вход которого соединен с выходом оптического ресивера, N-канальную подсистему 9 определения горизонта источника, N-канальную подсистему 10 пеленгования и N-канальную подсистему 11 обнаружения.

N-канальная подсистема 9 определения горизонта источника включает в себя, N-канальный блок 12 вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока 8 сбора, обработки и отображения информации, N-канальный блок 13 квадратичных детекторов вертикальной компоненты вектора колебательной скорости, вход которого соединен с выходом блока 8 сбора, обработки и отображения информации, N-канальный блок 14 формирования направленности по вертикальному потоку мощности, первый вход которого соединен с выходом блока 12 вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, второй вход соединен с выходом блока 13 квадратичных детекторов вертикальной компоненты вектора колебательной скорости, N-канальный блок 15 интеграторов, вход которого соединен с первым выходом блока 14 формирования направленности по вертикальному потоку мощности, блок 16 определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока 15 интеграторов, устройство 17 доступа к цифровым сетям передачи данных, первый выход которого соединен с выходом блока 16 определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности.

N-канальная подсистема 10 пеленгования включает в себя N-канальный блок 18 формирования М пространственных каналов в каждом из N каналов, причем М=360°/Δϕ, где Δ(- заданная погрешность определения пеленга, вход которого соединен с выходом N-канального блока 8 сбора и первичной обработки информации, MN-канальный блок 19 формирования набора основных 13 информативных параметров для суммарного процесса (С+П), вход которого соединен с выходом N-канального блока 18 формирования М пространственных каналов, MN-канальный блок 20 формирования набора 6 дополнительных информативных параметров для суммарного процесса (С+П), вход которого соединен с выходом N-канального блока 18 формирования М пространственных каналов, MN-канальный блок 21 выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), вход которого соединен с выходом N-канального блока 18 формирования М пространственных каналов, MN-канальный блок 22 формирования набора 13 основных информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходом MN-канального блока 21 выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), MN-канальный блок 23 формирования набора 6 дополнительных информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходом MN-канального блока 21 выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), MN-канальный блок 24 усреднения полного набора 19 информативных параметров для суммарного процесса (С+П), вход которого соединен с выходами MN-канальных блоков 19, 20 формирования набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П), MN-канальный блок 25 усреднения полного набора 19 информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходами MN-канальных блоков 22, 23 формирования набора информативных параметров для помехи (П), MN-канальный блок 26 формирования (ОСП) по всем 19 информативным параметрам, вход которого соединен с выходами блоков 24, 25 усреднения полного набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П) и помехи (П), MN-канальный компаратор 27, вход которого соединен с выходом MN-канального блока 26 формирования (ОСП) по всем 19 информативным параметрам, N-канальный блок 28 формирования время - углового распределения (ВУР) в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, вход которого соединен с выходом MN-канального компаратора 27, N канальный компас 29, N-канальный блок 30 формирования (ВУР) в географической системе координат, первый вход которого соединен с выходом N-канального блока 28 формирования (ВУР) в локальной системе координат, а второй вход соединен с выходом компаса 29 N-го канала, блок формирования (ВУР) гидроакустического комплекса, вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования (ВУР) в географической системе координат, а выход соединен со вторым входом устройства 17 доступа к цифровым сетям передачи данных.

N-канальная подсистема 11 обнаружения включает в себя N-канальный блок 31 формирования набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П), вход которого соединен с выходом N-канального блока 8 сбора и первичной обработки информации, N-канальный блок 32 выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), вход которого соединен с выходом N-канального блока 8 сбора обработки и отображения информации, N-канальный блок 33 формирования набора информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходом N-канального блока 32 выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), N-канальный блок 34 усреднения информативных параметров для суммарного процесса (С+П), вход которого соединен с выходом N-канального блока 31 формирования набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П), N-канальный блок 35 усреднения информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходом N-канального блока 33 формирования набора информативных параметров для помехи (П), N-канальный блок 36 формирования (ОСП) по всем информативным параметрам, вход которого соединен с выходами блоков 34, 35 усреднения информативных параметров для суммарного процесса (С+П) и помехи (П), N-канальный компаратор 37, вход которого соединен с выходом N-канального блока 36 формирования (ОСП) по всем информативным параметрам, выделяющий в каждом канале информативный параметр, которому соответствует максимальное значение (ОСП), выход которого соединен с третьим входом устройства 17 доступа к цифровым сетям передачи данных.

Гидроакустический комплекс работает следующим образом.

Звуковая волна, излучаемая источником звука, принимается акустическими комбинированными приемниками, образующими донную вертикально ориентированную эквидистантную антенну I. Все сигналы с выходов акустических приемников поступают на вход телеметрического блока II, а после прохождения через делители напряжения 1, аналого-цифровую преобразующую схему 2 и единую схему 3 электронного мультиплексирования преобразуются в поток цифровой информации, поступающей через модулятор 4, оптический излучатель 5 и оптическую линию 6 связи на оптический ресивер 7. С выхода оптического ресивера 7 информация поступает в цифровом виде на вход блока 8 сбора, обработки и отображения информации, находящегося в системе III сбора, обработки и отображения информации. В блоке 8 сбора и первичной обработки информации сигналы вновь разделяются по отдельным каналам звукового давления и компонент вектора градиента давления (или вектора колебательной скорости). После применения быстрого преобразования Фурье (БПФ) сигналы поступают в виде соответствующих спектральных плотностей звукового давления p(ω, r(t)), компонент вектора колебательной скорости ν_x(ω, r(t)), ν_y(ω, r(t)), ν_z(ω, r(t)) и компонент вектора градиента давления g_x(ω, r(t)), g_y(ω, r(t)), g_z(ω, r(t)) в соответствующие подсистемы для последующей обработки.

С выхода блока 8 сигналы поступают в N канальный блок 12 вычисления вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности I_z(ω, r(t)) и в N канальный блок 13 квадратичных детекторов вертикальной компоненты вектора колебательной скорости с последующим формированием односторонне направленных вертикальных потоков мощности в N канальном блоке 14. Для формирования потоков мощности, направленных в сторону отрицательной оси z (от морского дна в сторону поверхности моря) используется алгоритм

где μ_p,n, μν_,n - чувствительность канала звукового давления и канала вертикальной компоненты вектора колебательной скорости для n-го комбинированного приемника соответственно. Этот поток мощности не содержит потока мощности в поле помехи, направленного в сторону положительной оси z (от поверхности моря в сторону морского дна). Сформированные в блоке 14 односторонне направленные потоки мощности усредняются в N канальном блоке интеграторов 15, а затем подаются на вход блока 16 выбора максимального по уровню сигнала. Сигнал максимального уровня подается на вход устройства 17 доступа к цифровым сетям передачи данных, а за горизонт источника принимается горизонт комбинированного приемника, которому соответствует максимальный уровень вертикальной компоненты вещественной составляющей вектора интенсивности.

Кроме того, сигналы с выхода блока 8 поступают в подсистему 10 пеленгования на вход блока 18 формирования М пространственных каналов в каждом из N каналов. В этом блоке происходит преобразование горизонтальных компонент вектора интенсивности ν_x.n(ω, r(t)), ν_y,n(ω, r(t)), измеренных в локальной системе координат (x,y), связанной с n-ым комбинированным приемником, в компоненты в повернутой на угол ϕ_m системе координат (α, β) по формулам

где ϕ_m=(m-1)Δϕ, m=1-M, Δϕ - заданная погрешность определения пеленга. С выхода блока 18 сигналы поступают на вход MN-канального блока19 формирования набора из 13 информативных параметров для суммарного процесса (С+П) по формулам

- вещественная и мнимая составляющие комплексного вектора интенсивности.

и на вход MN-канального блока 20 формирования набора из 6 дополнительных информативных параметров для суммарного процесса (С+П) по формулам

,

,

,

где:

,

Сформированные в блоках 19, 20 информативные параметры полностью характеризуют структуру односторонне направленных потоков мощности в плоскости (r,z) в каждом пространственном канале с учетом присутствия вихревой составляющей вектора интенсивности. Вихревая составляющая вектора интенсивности вносит существенный вклад в суммарное поле вектора интенсивности в условиях мелкого моря и низких частот. Сигналы с выхода блока 18 поступают на вход MN-канального блока 21 выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П). В качестве достаточно общего алгоритма выделения помехи (П) из суммарного процесса (С+П) можно использовать следующий алгоритм

- ширина окна Хэмминга.

где - средняя частота частотного канала, - варьируемый параметр, примерно на порядок превышающий ширину дискретной составляющейв спектре суммарного процесса (сигнал плюс помеха), A_П(f₀, t), A_С+П(f₀, t), параметры звукового поля (звуковое давление, компоненты вектора колебательной скорости и вектора градиента давления) для помехи (П) и для суммарного процесса (С+П), L число усредняемых спектральных отсчетов.

С выхода блока 21 выделения помехи (П) из суммарного случайного процесса (С+П) сигналы поступают в MN канальный блок 22 вычисления набора информативных параметров А_i (i=1-13) для помехи (П) по формулам (5) и набора дополнительных информативных параметров А_i (i=1-6) для помехи (П) по формулам (5). Сформированные в блоках 19, 20 наборы информативных параметров для суммарного процесса (С+П) и в блоках 22, 23 для помехи (П)_усредняются во временной области окном Хэмминга в MN канальных блоках 24, 25 соответственно и поступают на вход MN канального блока 26 определения отношения сигнал-помеха (ОСП) по каждому информативному параметру.

Сформированные в блоке 26 значения (ОСП) по каждому информативному параметру поступают на вход MN канального компаратора 27, в котором выбирается информативный параметр, которому соответствует максимальное значение (ОСП)_max из набора 19 информативных параметров. Использование набора информативных параметров, а не одного параметра, как в случае приемника звукового давления, позволяет существенно увеличить значение (ОСП) в каждом пространственном канале и, соответственно, уменьшить погрешность определения азимутального угла в каждом пространственном канале. Сигналы с выхода MN канального компаратора 27 поступают на вход N канального блока 28 формирования время - углового распределения (ВУР)_n принятых сигналов во всем диапазоне изменения азимутальных углов в локальной системе координат, связанной с каждым приемником. Эти сигналы поступают на вход блока 30 формирования (ВУР) принятых сигналов во всем диапазоне изменения усредненных пеленгов на шумящий объект, на второй вход которого поступают сигналы от N блоков-компасов 29. Компасы 29 определяют положение локальной системы координат n-го приемника относительно географической системы координат по формулам

где ϕ_n - пеленг на шумящий объект в географической системе координат, ϕ_n0-угловое положение оси X локальной системы координат n-го приемника относительно севера по показаниям n-го компаса. Усредненный пеленг в блоке 30 определяется по формулам усреднения с весом (2), а в качестве весовых коэффициентов используются значения (ОСП)_max,n.

Усредненные пеленги в виде усредненного (ВУР) поступают на второй вход устройства 17 доступа к цифровым сетям передачи данных.

Кроме того, сигналы с выхода N канального блока 8 поступают в подсистему 11 обнаружения на вход N канального блока 31 формирования набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П) и на вход N канального блока 32 выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), с выхода которого сигналы поступают на вход N канального блока 33 формирования набора информативных параметров для помехи (П). В подсистеме обнаружения полный набор 16 информативных параметров формируется из следующих величин: В₁=|р|², В₂=I_x, В₃=I_y, В₄=I_z, В₅=Q_x, В₆=Q_y, В₇=Q_Z, В₈=rot_xI, В₉=rot_yI, В₁₀=rot_zI, В₁₁=g_1x², В₁₂=g_1y², В₁₃=g_1z², В₁₄=g_2x², В₁₅=g_2y², В₁₆=g_2z², p=p₁+ip₂, g=g₁+ig₂,

где g-компоненты вектора градиента давления.

Сигналы с выхода блоков 31, 33 усредняются во временной области окном Хэмминга в блоках 34, 35 и поступают на вход N канального блока 36 формирования (ОСП) по всем информативным параметрам. С выхода блока 36 поступают на вход N канального компаратора 37, в котором выбирается информативный параметр, которому соответствует максимальное значение (ОСП)_max. На выходе N канального компаратора формируется 3D-сонограмма в координатах частота в заданном рабочем диапазоне частот - время- нормированный уровень сигнала (дБ). Информация в виде 3D-сонограмм для каждого комбинированного приемника подается на третий вход устройства 17 доступа к цифровым сетям передачи данных, а решение об обнаружении принимается путем сравнения с пороговым значением (ОСП) максимального (ОСП), вычисленного в одном из каналов N-канального компаратора.

Использование: изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения движущегося источника звука, измерения пеленга на источник звука и горизонта источника звука в мелком море в пассивном режиме с помощью акустических комбинированных приемников, устанавливаемых на морском дне, координаты которых и угловое положение считаются известными. Технический результат: увеличение точности определения пеленга на источник звука, а также увеличение дальности действия комплекса в режиме обнаружения источника звука. Сущность: в гидроакустический комплекс дополнительно вводится MN-канальный блок формирования набора дополнительных информативных параметров для суммарного процесса (С+П), MN-канальный блок формирования набора дополнительных информативных параметров для помехи (П), MN-канальный блок усреднения полного набора 19 информативных параметров для суммарного процесса (С+П), MN-канальный блок усреднения полного набора 19 информативных параметров для помехи (П), MN-канальный блок формирования отношения сигнал-помеха (ОСП) по полному набору информативных параметров, MN-канальный компаратор, работающий по полному набору 19 информативных параметров, N-канальный блок формирования время-углового распределения (ВУР) в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, работающий по полному набору 19 информативных параметров, N-канальный блок формирования (ВУР) в географической системе координат, работающий по полному набору 19 информативных параметров, блок формирования (ВУР) гидроакустического комплекса, работающий по полному набору 19 информативных параметров, выход которого соединен со вторым входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных. 2 ил.

Гидроакустический комплекс, содержащий N акустических комбинированных приемников, образующих донную вертикально ориентированную эквидистантную антенну, в которой расстояние между комбинированными приемниками равно заданной погрешности определения вертикальной координаты (горизонта) источника звука Δz, число приемников N=H/Δz (где H - глубина моря), каждый комбинированный приемник состоит из гидрофона, трехкомпонентного векторного приемника и соединенных с ними усилителей; телеметрический блок, вход которого соединен с выходом акустических комбинированных приемников, включающий делители напряжения, аналого-цифровую преобразующую схему, единую схему электронного мультиплексирования, модулятор и оптический излучатель, связанный оптической линией связи с оптическим ресивером, систему сбора, обработки и отображения информации, в которую входит N-канальная подсистема определения горизонта источника, содержащая N канальный блок сбора и первичной обработки информации, вход которого соединен с выходом оптического ресивера, устройство доступа к цифровым сетям передачи данных, N-канальный блок вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока сбора и первичной обработки информации, N-канальный блок квадратичных детекторов вертикальной компоненты вектора колебательной скорости, вход которого соединен с выходом блока сбора и первичной обработки информации, N-канальный блок формирования направленности по вертикальному потоку мощности, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, второй вход соединен с выходом блока квадратичных детекторов вертикальной компоненты вектора колебательной скорости, N-канальный блок интеграторов, вход которого соединен с первым выходом блока формирования направленности по вертикальному потоку мощности, блок определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, вход которого соединен с выходом блока интеграторов, а выход соединен с первым входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных, причем за горизонт источника звука принимается горизонт акустического комбинированного приемника, которому соответствует максимум вертикальной компоненты вектора интенсивности, определяемый в блоке определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, N-канальная подсистема пеленгования, содержащая N-канальный блок формирования М пространственных каналов в каждом из N каналов, причем М=360°/Δϕ, где Δϕ - заданная погрешность определения пеленга, вход которого соединен с выходом N-канального блока сбора и первичной обработки информации, MN-канальный блок формирования набора основных 13 информативных параметров для суммарного процесса сигнал плюс помеха (С+П), вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования М пространственных каналов, MN-канальный блок выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования М пространственных каналов, MN-канальный блок формирования набора основных 13 информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходом MN-канального блока выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), N- канальный компас,

N-канальная подсистема обнаружения, содержащая N-канальный блок формирования набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П), вход которого соединен с выходом N-канального блока сбора и первичной обработки информации, N-канальный блок выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), вход которого соединен с выходом N-канального блока сбора обработки и отображения информации, N-канальный блок формирования набора информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходом N-канального блока выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), N-канальный блок усреднения информативных параметров для суммарного процесса (С+П), вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования набора информативных параметров для суммарного процесса (С+П), N-канальный блок усреднения информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования набора информативных параметров для помехи (П), N-канальный блок формирования (ОСП) по всем информативным параметрам, вход которого соединен с выходами блоков усреднения информативных параметров для суммарного процесса (С+П) и помехи (П), N-канальный компаратор, вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования (ОСП) по всем информативным параметрам, выделяющий в каждом канале информативный параметр, которому соответствует максимальное значение (ОСП), принимают в качестве модельной статистики поля помехи в канале звукового давления и в каналах вектора колебательной скорости гауссову статистику, принимают в качестве модельной статистики поля помехи для квадратичных по полю информативных параметров лапласову статистику, вычисляют на основе принятых статистик аналитическую зависимость вероятность правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги от порогового (ОСП) по методу максимального правдоподобия, принимают решение об обнаружении путем сравнения с пороговым значением (ОСП) максимального (ОСП), вычисленного в каждом канале N-канального компаратора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены MN-канальный блок формирования набора 6 дополнительных информативных параметров для суммарного процесса сигнал плюс помеха (С+П), вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования М пространственных каналов, MN-канальный блок формирования набора 6 дополнительных информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходом MN-канального блока выделения из текущих значений суммарного случайного процесса (С+П) текущих значений помехи (П), MN-канальный блок усреднения полного набора 19 информативных параметров для суммарного процесса (С+П), вход которого соединен с выходами MN-канального блока формирования набора основных 13 информативных параметров и набора 6 дополнительных информативных параметров для суммарного процесса (С+П), MN-канальный блок усреднения полного набора 19 информативных параметров для помехи (П), вход которого соединен с выходами MN-канального блока формирования набора основных 13 информативных параметров и набора 6 дополнительных информативных параметров для помехи (П), MN-канальный блок формирования отношения сигнал-помеха (ОСП) по всем 19 информативным параметрам, вход которого соединен с выходами блоков усреднения полного набора 19 информативных параметров для суммарного процесса (С+П) и помехи (П), MN-канальный компаратор, вход которого соединен с выходом MN-канального блока формирования (ОСП) по всем 19 информативным параметрам, N-канальный блок формирования время - углового распределения (ВУР) в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, вход которого соединен с выходом MN-канального компаратора, N-канальный блок формирования (ВУР) в географической системе координат, первый вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования (ВУР) в локальной системе координат, а второй вход соединен с выходом N-го канального компаса, блок формирования (ВУР) гидроакустического комплекса, вход которого соединен с выходом N-канального блока формирования (ВУР) в географической системе координат, а выход соединен со вторым входом устройства доступа к цифровым сетям передачи данных.