Навигационная гидроакустическая станция освещения ближней обстановки
Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована для построения навигационных гидроакустических станций освещения ближней обстановки и получения более полных данных о районе функционирования и об обнаруженных объектах.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении автоматической классификации целей, обнаруженных всеми тремя антеннами навигационной станции, подсоединяемых к системе классификации.
Для этого навигационная гидроакустическая станция содержит носовую антенну, крестообразную антенну, антенну обзора кормовой полусферы, генераторы излучения зондирующих сигналов, коммутаторы, первый тракт предварительной обработки, второй тракт предварительной обработки, блок формирования общего кадра, блок управления и отображения,, четвертый выход блока управления и отображения исходной полезной модели последовательно соединены с коммутатором классификации, блоком формирования строба по пространству, блоком формирования строба по дальности, блок обработки пространственно временной информации, блок выделения энергетических признаков, блоком принятия автоматического решения, со вторым входом блока управления и отображения исходной полезной модели, второй выход коммутатора соединен через блок выработки порогов, блок обработки пространственно временной информации со вторым входом принятия решения, третий выход блока пространственно временной информации через блок выработки пространственных признаков с третьим входом блока принятия решения, блок априорных данных и корректировки решения оператором соединен с четвертым входом блока принятия решения.
Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована для построения навигационных гидроакустических станций освещения ближней обстановки и получения более полных данных об обнаруженных объектах и районе функционирования носителя станции.
Известна полезная модель гидролокатора обнаружения и классификации подводных и надводных целей по свидетельству РФ на полезную модель 
20389 от 11.03.2001, которая содержит многоэлементную подкильную антенну, тракт излучения и приема, цифровой вычислительный комплекс, устройство обработки и классификации, пульт управления и индикации, и тракт классификационного сигнала, обладающий большой разрешающей способностью по частоте и по времени. Гидролокатор имеет повышенную вероятность правильной классификации подводных и надводных кораблей. Для классификации оператором используются особенности широкополосных сигналов при отражении от целей различных классов по информации выводимой оператором. Как правило, широкополосные сигналы имеют большую длительность и, соответственно, большую мертвую зону, поэтому они не могут использоваться в навигационных станциях освещения ближней остановки.
Известна навигационная гидроакустическая станция освещения ближней обстановки (НГАС ОБО) по патенту РФ 2225991 от 24.12.2001 г. Станция содержит приемопередающую антенну, генератор, блок управления, коммутатор приема передачи с трактом предварительной обработки, первую цифровую вычислительную систему, соединенную с выходом тракта предварительной обработки интерфейсами, последовательно соединенную с первой вторую цифровую вычислительную машину совместно с монитором, тракт измерения скорости звука, цифроаналоговый тракт прослушивания.
Недостатком такой станции является ограниченные возможности обзора пространства, поскольку приемопередающая антенна расположена в носовой части подводного аппарата и осматривает пространство только по ходу движения и классификация осуществляется оператором по виду информации, выводимой на индикатор.
Известна навигационная гидроакустическая станция освещения ближней обстановки по патенту РФ 117646, зарегистрированного 27.июня 2012, которая по количеству общих признаков является наиболее близким аналогом заявляемой НГАС.ОБО.
Полезная модель содержит носовую антенну, крестообразную антенну, антенну кормового обзора, генераторы излучения зондирующих сигналов, коммутаторы, первый тракт предварительной обработки, второй тракт предварительной обработки, блок формирования общего кадра, блок управления и отображения. Совместное использование трех различных антенн позволяет обнаруживать объекты в любом направлении, обрабатывать и представлять оператору для принятия решения. Поступающий большой объем информации от трех антенн оператором не может быть обработан за ограниченное время, что приводит к пропуску эхосигналов от опасной цели или к неправильной обработки поступившей информации, в частности к неправильной классификации.
Недостатком рассматриваемой полезной модели является ограниченные возможности по классификации обнаруженных целей. Классификация осуществляется оператором по информации, выводимой на индикатор, что существенно ограничивает возможности работы навигационной станции в сложной помехо-сигнальной ситуации при наличии большого числа обнаруженных целей различными антеннами. Кроме того, характеристики антенн различные и поэтому оператору трудно проводить классификации из-за неоднозначности полученных измерений.
Задачей полезной модели является обеспечение автоматической классификации целей, обнаруживаемых навигационной гидроакустической станцией освещения ближней обстановки.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является автоматическая классификация целей, обнаруженных оператором по данным носовой антенны, крестообразной антенны и антенны кормового обзора, повышение вероятности правильной классификации, и, соответственно, повышение эффективности использования навигационной гидроакустической станции освещения ближней обстановки при ее работе по прямому назначению.
Указанный технический результат достигается тем, что в известную навигационную гидроакустическую станцию, содержащую носовую антенну и крестообразную антенну, соединенные через первый коммутатор с первым трактом предварительной обработки и первым генератором излучения зондирующих сигналов, антенну кормового обзора, соединенную через второй коммутатор со вторым трактом предварительной обработки и вторым генератором излучения зондирующих сигналов, блок управления и отображения, соединенный с коммутаторами и блоками предварительной обработки, введены дополнительные признаки, а именно последовательно соединенные коммутатор классификации, блок выбора порога, блок обработки пространственно временной информации, блок выработки временных признаков и блок принятия автоматического решения, также введены блок выработки энергетических признаков, блок выработки пространственных признаков, блок формирования строба по пространству, блок формирования строба по дальности, блок априорных данных и корректировки решения оператором, при этом выход первого тракт предварительной обработки соединен с первым входом коммутатора классификации, второй выход коммутатора классификации через блок формирования строба по пространству соединен со вторым входом блока обработки пространственно временной информации, а второй выход блока формирования строба по пространству через блок формирования строба по дальности соединен с третьим входом блока обработки пространственно временной информации, третий выход которого через блок выработки пространственных признаков соединен с третьим входом блока принятия автоматического решения, второй выход блока обработки пространственно временной информации через блок выработки энергетических признаков соединен с вторым входом блока принятия автоматического решения, четвертый вход блока принятия автоматического решения соединен с блоком априорных данных и корректировки решения, а выход блока принятия автоматического решения через блок управления и отображения соединен с третьим входом коммутатора классификации, причем выход второго тракта предварительной обработки соединен со вторым входом коммутатора классификации.
Новыми признаками, в предложенной полезной модели, являются: коммутатор классификации, блок выбора порога, блок формирования строба по пространству, блок обработки пространственно временной информации, блок формирования строба по дальности, блок выработки энергетических признаков, блок выработки пространственных признаков, блок выработки временных признаков, блок принятия автоматического решения, блок априорных данных и корректировки решения,, а так же связи между ними и блоками, заимствованными из НГАС ОБО - прототипа.
Поясним достижение технического результата.
Навигационная гидроакустическая станции НГАС ОБО, выполненная в соответствии с исходной полезной моделью, имеет три автономные антенны, каждая из которых работает в соответствии с установленным оператором назначением. Носовая антенна и крестообразная антенна, работающая на первый тракт предварительной обработки, расположена в носовой части носителя и принимает эхосигналы по курсу движения носителя станции. Антенна кормового обзора расположена в противоположной части носителя, принимает эхосигналы с противоположного направления и работает на второй тракт предварительной обработки. Поскольку антенны различны, то у них отличаются коэффициенты концентрации, число пространственных каналов и, соответственно, различная информация используется для классификации обнаруженных целей. Поэтому классификация, в предложенной НГАС ОБО, разработана таким образом, что имеется возможность адаптироваться к исходным данным подключенных антенн, и вырабатывать такие признаки, которые обеспечат автоматическую классификацию целей, обнаруженных конкретной подключенной антенной. Работа станции при классификации целей производится последовательно по мере поступления исходной информации от работающей антенны. Это связано с тем, что каждая антенна имеет свои специфические особенности по пространственным и энергетическим характеристикам и эти особенности учитываются при измерении информации и выработки классификационных признаков. Управление классификацией осуществляется из блока управления и отображения, эти же команды передаются в полезной модели-прототипе для изменения обработки и излучения на антенны, что обеспечивает синхронизацию работы НГАС при обнаружении и классификации. В зависимости от подключаемой антенны на выходе коммутатора классификации формируется цифровой массив из информации, полученной от трактов предварительной обработки, содержащий временные отсчеты, полученные от подключенной антенны, которые поступают на блок выбора порогов с учетом характеристик используемых антенн. Выбранные пороги предназначены для автоматического обнаружения эхосигналов от цели и автоматического измерения выбранных классификационных признаков применительно к конкретной подключенной антенне и конкретного темпа поступления входной информации. В рассматриваемой полезной модели используется наборы классификационных признаков, которые могут быть измерены с использованием применяемых антенн, а так же решающее правило, адаптируемое к исходным данным, и на основе этих данных принимается автоматическое решение, обеспечивающее наименьшую вероятность ошибки.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1, на которой представлена блок схема предлагаемой НГАС ОБО
НГАС ОБО (фиг.1) содержит носовую антенну 1, которая через первый коммутатор 5, первый тракт 8 предварительной обработки, коммутатор 10 классификации, блок 12 выбора порога, блок 13 обработки пространственно временной информации, блок 19 выработки временных признаков, блок 18 принятия автоматического решения, блок 11 управления и отображения соединена с третьим входом блока 10 коммутатора классификации. Антенна 3 кормового обзора через второй коммутатор 4, второй тракт 9 предварительной обработки, второй вход коммутатора 10 классификации, блок 15 формирования строба по пространству, второй вход блока 13 обработки пространственно временной информации, блок 14 выработки энергетических признаков соединена со вторым входом блока 18 принятия автоматического решения. Второй выход блока 15 формирования строба по пространству через блок 16 формирования строба по дальности, третий вход блока 13 обработки пространственно временной информации, через третий выход соединен с блоком 17 выработки пространственных признаков, который связан с третьим входом блока 18 принятия автоматического решения. Выход антенны 2 крестообразной через второй вход первого коммутатора 5 соединен с первым генератором 7, а второй генератор 6 соединен со вторым входом коммутатора 4. Блок 20 априорных данных и корректировки решения соединен с четвертым входом блока 18 автоматического принятия решения.
Блоки 1-9 является известными устройствами из описания НГАС ОБО прототипа и патента РФ 2225991 от 24.12. 2001 и используются по своему прямому назначению. В таких станциях, где производится цифровая обработка сигналов, имеется развитый интерфейс, который позволяет снимать нужную информацию в цифровом виде, принимать и обрабатывать информацию в цифровом виде в соответствии с известным программным обеспечением. В применяемых цифровых вычислительных системах прототипа и патента ЦВС - 1 и ЦВС - 2 представляют собой совокупность универсальных и специальных процессоров с интерфейсами обмена с внешними системами.
Блоки 10 - 20 могут быть реализованы на спецпроцессорах ЦВС-1 или ЦВС-2 прототипа и патента, которые выполняют базовые алгоритмы обработки гидроакустических сигналов, при работе в реальном времени с использованием аппаратных решений и жесткой логике вычислений. Так же они могут быть реализованы на стандартных разработанных спецпроцессорах. (Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В.Яковлев Корабельная гидроакустическая техника С.-П. Наука 2004 г.Стр. 278-297).
Режим работы определяется оператором и устанавливается с пульта блока 11. Если подключена для работы антенна 1, то зондирующий сигнал от генератора 7 через первый коммутатор 5 передается на антенну 1. Если подключена антенна 2, то этот же сигнал будет поступать на антенну 2 через первый коммутатор 5, который управляется блоком 11. Так же с блока 11 исходные данные для работы передаются на коммутатор классификации 10. Принятая входная информация от антенны 1 или от антенны 2, которые работают несовместно, через первый коммутатор 5 поступает на первый тракт 8 предварительной обработки, где происходит выделение эхосигналов от целей и отображение обнаруженных эхосигналов в блоке 11. Оператор выбирает интересующую его цель и измеряет координаты цели, которые передаются через коммутатор 10 классификации в блок 15 формирования строба по пространству и блок 16 формирование строба по дальности. Величина строба по дальности и по пространству для данного времени величина постоянная и определяет временные границы объема поступающей информации по дальности и по пространству, т.е. по характеристикам направленности. Эти временные границы поступают в блок 13 обработки пространственно временной информации и определяют положение эхосигнала в пространстве и объем информации для классификации выбранной цели. Коммутатор 10 принимает временную и пространственную информацию от первого тракта 8 предварительной обработки и передает ее в блок 12, где измеряется уровень помехи по пространству и по дальности и определяется порог принятия решения о наличии эхосигнала от цели и порог для измерения параметров эхосигнала. Эти оценки передаются в блок 13, где происходит обнаружение эхосигнала от выбранной цели в стробе и измерение параметров обнаруженных эхосигналов в стробе по дальности и по пространству (в характеристиках направленности). По каждому обнаруженному превышению сигнала определяется набор измеренных параметров, которые привязаны ко времени по пространственному каналу, определяемому характеристиками направленности.
Из этих измерений формируются энергетические классификационные признаки в блоке 14, которые определяют максимальную амплитуду отметки, распределение амплитуд по времени, изменчивость амплитуды по посылкам, величину превышения над порогом. В блоке 19 формируются временные классификационные признаки, которые характеризуются числом выбросов превысивших порог, числом минимумов на определенном интервале, числом максимумов на определенном интервале. В блоке 17 формируются пространственные признаки цели, которые определяются числом каналов во временном интервале, распределением амплитуд по пространственным каналам. Измеренные энергетические признаки, пространственные признаки и временные признаки поступают в блок 18 автоматического принятия решения, где сравниваются измеренные признаки с порогами и принимается автоматическое решение о классе обнаруженного объекта. Выработанное автоматическое решения передается в блок 11 управления и отображения, где фиксируется на индикаторе совместно с измеренными классификационными признаками. В блок 18 из блока 20 поступают априорные данные и корректировка принятого решения. Априорные данные позволяют откорректировать пороги принятия решения и само решение в случае возникновения не предусмотренных нестандартных ситуаций. При использовании крестообразной антенны 2 процедура классификации остается той же, но увеличивается количество классификационных признаков за счет возможности получения информации от вертикальных пространственных каналов, что учитывается при измерении и выработки классификационных признаков. Наличие дополнительных признаков повышает вероятность правильной классификации при принятии автоматического решения.
При подключении антенны 5 кормового обзора зондирующий сигнал второго генератора 6 передается через второй коммутатор 4 и излучается в воду. После окончания излучения антенна 3 кормового обзора переводится в режим приема и входная информация через второй коммутатор 4 передается во второй тракт 9 предварительной обработки, где происходит согласованная фильтрации принятой информации по всем пространственным каналам антенны 3. Далее эта информация поступает для классификации через коммутатор 10. Процедура выделения классификационных признаков производится в соответствии с поступающей входной информацией. Особенности обработки и особенности используемой приемной антенны учитываются при измерении и выработки классификационных признаков и принятия автоматического решения. Работа навигационной станции освещения ближней обстановки обеспечивает обзор пространства с использованием одновременно двух антенн. Антенна кормового обзора 2 работает при осмотре пространства со стороны кормы, а по ходу движения подключается либо носовая антенна 1, либо крестообразная антенна 2, в зависимости от необходимости решения конкретных задач. При этом классификация производится по целям, которые выбраны оператором и определены их координаты. Решение вырабатывается автоматически и выводится в блок 11 совместно с исходными данными, выработанными при обнаружении цели.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет проводить автоматическую классификацию обнаруженных оператором эхосигналов от целей различных классов, полученных по данным трех различных антенн, что повышает вероятность правильной классификации и расширяет функциональные возможности навигационной гидроакустической станции освещения ближней обстановки.
Навигационная гидроакустическая станция освещения ближней обстановки, содержащая носовую антенну и крестообразную антенну, соединенные через первый коммутатор с первым трактом предварительной обработки и первым генератором излучения зондирующих сигналов, антенну кормового обзора, соединенную через второй коммутатор со вторым трактом предварительной обработки и вторым генератором излучения зондирующих сигналов, блок управления и отображения, соединенный с коммутаторами и блоками предварительной обработки, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены последовательно соединенные коммутатор классификации, блок выбора порога, блок обработки пространственно временной информации, блок выработки временных признаков и блок принятия автоматического решения, также введены блок выработки энергетических признаков, блок выработки пространственных признаков, блок формирования строба по пространству, блок формирования строба по дальности, блок априорных данных и корректировки решения оператором, при этом выход первого тракт предварительной обработки соединен с первым входом коммутатора классификации, второй выход коммутатора классификации через блок формирования строба по пространству соединен со вторым входом блока обработки пространственно временной информации, а второй выход блока формирования строба по пространству через блок формирования строба по дальности соединен с третьим входом блока обработки пространственно временной информации, третий выход которого через блок выработки пространственных признаков соединен с третьим входом блока принятия автоматического решения, второй выход блока обработки пространственно временной информации через блок выработки энергетических признаков соединен с вторым входом блока принятия автоматического решения, четвертый вход блока принятия автоматического решения соединен с блоком априорных данных и корректировки решения, а выход блока принятия автоматического решения через блок управления и отображения соединен с третьим входом коммутатора классификации, причем выход второго тракта предварительной обработки соединен со вторым входом коммутатора классификации.
