Способ обнаружения движущегося объекта в океане
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для акустического мониторинга морей и внутренних водоемов. Достигаемый технический результат - обнаружение слабоотражающих и слабоконтрастных объектов, включая низкоскоростные объекты и гидрофизические неоднородности среды. Сущность изобретения заключается в последовательном облучении контролируемой области акватории океана двумя акустическими импульсами, приеме в удаленной точке рассеянных объектом и искаженных средой импульсов, выделении временной последовательности импульсов, соответствующих разным путям их распространения в среде, и определении разности между двумя последовательно принятыми сигналами, по которой обнаруживают движущийся объект. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для акустического мониторинга морей и внутренних водоемов в интересах контроля экологической стабильности, поиска промысловых скоплений гидробионтов, обнаружения нарушителей в экономической зоне страны и т.п.
Известен способ, аналогичного назначения [1], реализуемый в акустическом гидролокаторе, заключающийся в импульсном акустическом облучении контролируемой области акватории и приеме рассеянного объектом и искаженного средой акустического импульса. Способ позволяет обнаружить объект при наличии мешающих отражений за счет того, что частотные спектры мешающих ограждений (поверхность воды, дно, границы резкого перепада температуры и т.п.) обладает иным, обычно значительно более широким спектром сигнала, по сравнению со спектром сигнала, рассеянного объектом. Недостатком известного способа является слабое подавление мешающих отражений, т. к. часть спектральной энергии последних неизбежно попадает в анализируемую часть полезного сигнала. Известен способ обнаружения движущегося объекта, принятый за прототип, заключающийся в импульсном акустическом облучении контролируемой области акватории океана и приеме рассеянного объектом и искаженного водной средой акустического импульса [2]. В прототипе измеряют доплеровскую частоту в принятом акустическом сигнале, по которой обнаруживают движущийся объект в акватории океана. При этом автоматически частично подавляются мешающие помехи. Недостатком прототипа является необходимость для его реализации наличие высокой отражающей способности контролируемого объекта и достаточно высокой скорости его движения. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является расширение области применения известного способа на случай обнаружения слабоотражающих слабоконтролируемых объектов, включая низкоскоростные объекты и гидрофизические неоднородности самой среды. Данный технический результат достигается за счет того, что в известном способе обнаружения движущегося объекта в океане, заключающемся в импульсном акустическом облучении контролируемой области акватории океана и приеме рассеянного объектом и искаженного средой акустического импульса, проводят повторное облучение той же области акватории океана акустическим импульсом, идентичным первому, и причем рассеянного объектом и искаженного средой акустического импульса в той же точки акватории, удаленной от точки излучения, причем импульсное акустическое облучение объекта проводят линейно частотномодулированным сигналом, а в принятом сигнале выделяют временную последовательность импульсов, соответствующих разным путем их распространения в среде, и определяют разность между двумя последовательно принятыми акустическими сигналами путем вычитания временной последовательности импульсов, соответствующей первому импульсному акустическому облучению, из временной последовательности соответствующей повторному импульсному облучению акватории, по которой обнаруживают движущийся объект. Кроме того, импульсное акустическое облучение объекта могут проводить серией импульсов, согласуя длительности серии с длиной трассы движения объекта, а разность между двумя последовательно принятыми акустическими сигналами определяют путем вычитания из каждого предыдущего импульса последующего и по полученному набору разностей временных последовательностей импульсов определяют динамику движения объекта. В частном случае импульсное акустическое облучение контролируемой области акватории проводят с регулируемой частотой следования импульсов, согласованной с пространственно-временными характеристиками движущегося объекта. При этом прием рассеянного объектом и искаженного средой импульса проводят в нескольких точках акватории, распределенных с шагом, согласованным с радиусом обнаружения объекта. Изобретение поясняется чертежом, на фиг. 1, 2 которого представлены примеры схем практической реализации способа; на фиг. 3 - временный диаграммы, поясняющие существо способа. Практическая реализация способа выглядит следующим образом. Контролируемый объект 1 (фиг. 1) движется в исследуемой области акватории 2 океана. Акватория 2 облучается от импульсного излучателя 3, соединенного кабелем 4 с береговой аппаратурой 5. На удалении излучателя 3 расположен приемник 6 звука, который также может быть подключен к береговой аппаратуре 5 или к автономным блокам обработки и регистрации сигналов, расположенных на плавсредстве (на фиг. 1 не показано). Второй вариант реализации способа представлен на фиг. 2. В отличие от первого варианта (фиг. 1) в последнем случае в контролируемой области акватории 2 помимо импульсного акустического излучателя 3 располагают несколько акустических приемников 6...11, распределенных с шагом, согласованным с радиусом обнаружения объекта 1. Способ реализации на основе следующих предпосылок. Обнаружение движущегося объекта в океане (и вообще весь акустический мониторинг морей и внутренних водоемов) должно ориентироваться на четкую регистрацию любых, сравнительно быстрых, изменений в акватории 2. Именно изменения в передаточной функции среды для акустических сигналов, а не стабильная часть передаточной функции, несут информацию о искомых событиях. Этим требованиям как раз отвечает данный способ, основанный на регистрации разности двух интерференционных картин в многолучевом акустическом поле, полученных последовательно через некоторый временной промежуток времени. Какой бы ни была в этом случае передаточная функция среды, если она между двумя импульсами остается неизменной, то вычитание последовательно получаемых интерференционных картин всегда дает ноль. Это произойдет, конечно, при условии, что потеря когерентности в акустическом поле будет минимальной. Вообще говоря, ноль в реальных условиях не может быть получен: минимальный сигнал будет обусловлен аддитивным шумом среды и раскорреляцией сигнала. Реализация способа по схеме, представленной на фиг. 1, 2, осуществляется следующим образом. С помощью акустического излучателя 3 проводят облучение контролируемой области акватории 2 океана двумя идентичными импульсами, разделенными известным временным промежутком. В трассовом варианте мониторинга (фиг. 1) сигналы излучателя 3 принимаются излучателем 6 звука (приемной антенной). В площадном акустическо-голографическом варианте (фиг. 2) сигналы излучателя 3 принимаются, например, распределенной по площади дна системой 6...11 акустических приемников (звукоприемных модулей), имеющих между собой кабельное соединение. Шаг (или размер координатной сетки) между звукоприемными модулями определяется радиусом заметности акустических эффектов, вызываемых контролируемым движущимся объектом 1. При этом наряду с полезным сигналом регистрируются отраженные, рассеянные поля, эффекты дифракции (в том числе затенения), а также рефракционные и доплеровские изменения в акустическом поле, порожденные течениями, турбулентностью, внутренней волной или иной неоднородностью (например, внутренней волной, или косяком рыбы, или плывущей льдиной, судном). Посланный в направлении акустического приемника 6 акустический импульс от излучателя 3 будет распространяться по воздушным трассам (лучам) (фиг. 1), образуя акустические лучи. Один из лучей (A) провзаимодействует напрямую с движущимся объектом 1. Другой (B) провзаимодействует с объектом 1, отразившись от дна водоема. Все остальные лучи пройдут мимо объекта 1. В связи с чем каждый посланный в акваторию 1 акустический импульс будет принят приемником 6 разновременно в виде серии импульсов (фиг. 3а, б). Если объект 1 в контролируемой области акватории 2 отсутствует, то принятые от двух импульсов сигналы (фиг. 3а и фиг. 3б) будут одинаковыми и разностный сигнал (фиг. 3г) будет представлять собой лишь шум, который может быть отсечен устанавливаемым порогом. В случае наличия объекта 1 в акватории 2 сигналы, принятые от первого и второго импульсов (фиг. 3а и фиг. 3в) будут различаться лишь в части полезного сигнала, поскольку объект 1 за время между импульсами успел переместиться и провзаимодействовать уже с другими лучами, а фоновая акустическая обстановка осталась без изменения. Разностный сигнал (фиг. 3д) в этом случае будет представлять собой два импульса А и Б, которые провзаимодействовали с объектом 1 напрямую и отразившись от дна водоема. По временным характеристикам сигналов А и Б можно определить положение объекта, а по амплитудам - его энергетику. Причем площадный акусто-голографический вариант реализации способа (фиг. 2) позволяет распространить способ сразу на большую область акватории 2. Измерение времени распространения сигналов с точность до долей миллисекунды - задача сложная, поскольку для этого обычно требуется излучение широкополосных длительных сигналов с высокой сложностью. Используя сложное соотношение








Формула изобретения
1. Способ обнаружения движущегося объекта в океане, заключающийся в импульсном акустическом облучении контролируемой области акватории океана и приеме рассеянного объектом и искаженного средой акустического импульса, отличающийся тем, что проводят повторное облучение той же области акватории океана акустическим импульсом, идентичным первому, и прием рассеянного объектом и искаженного средой акустического импульса в акватории, удаленной от точки излучения, причем импульсное акустическое облучение объекта проводят линейно-частотно-модулированным сигналом, а в принятом сигнале выделяют временную последовательность импульсов, соответствующих разным путям их распространения в среде, и определяют разность между двумя последовательно принятыми акустическими сигналами путем вычитания временной последовательности импульсов, соответствующей первому импульсному акустическому облучению, из временной последовательности, соответствующей повторному импульсному облучению акватории, по которой обнаруживают движущийся объект. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульсное акустическое облучение объекта проводят серией импульсов, согласуя длительность серии с длиной трассы движения объекта, а разность между двумя последовательно принятыми акустическими сигналами определяют путем вычитания из каждого предыдущего импульса последующего и по полученному набору разностей временных последовательностей импульсов определяют динамику движения объекта. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульсное акустическое облучение контролируемой области акватории проводят с регулируемой частотой следования импульсов, согласованной с пространственно-временными характеристиками движущегося объекта. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что прием рассеянного объектом и искаженного средой импульса проводят в нескольких точках акватории, распределенных с шагом, согласованным с радиусом обнаружения объекта.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3