способ пассивного определения координат источников излучения

Формула изобретения

1. Способ пассивного определения координат источников излучения, содержащий прием сигналов тремя антеннами, расположенными в пространстве известным образом, предварительную обработку принятых сигналов, определение попарных взаимнокорреляционных функций (ПВКФ) сигналов антенн, временное накопление ПВКФ, суммирование ПВКФ, индикацию, отличающийся тем, что прием сигналов производят М 3 антеннами, в поле индикации организуют координатную сетку «направление-дальность» ( _p-D_q) с требуемыми границами поля наблюдения « _min, _max; D_min, D_max» и с интервалами дискретности , _D, для каждого pq-го узла координатной сетки вычисляют попарные разности времен распространения сигнала к каждой m-й антенне и каждой другой n-й антенне из точки поля наблюдения с координатами pq-го узла координатной сетки _mn(pq), как если бы источник находился в этой точке, с выходов антенн определяют (М²-М)/2 ПВКФ сигнала C_mn( ) каждой m-й антенны с сигналом каждой другой n-й антенны и выполняют квадратичное детектирование выходных сигналов каждой антенны, а суммирование ПВКФ выполняют для каждого pq-то узла координатной сетки путем считывания (М²-М)/2 значений полученных ПВКФ C_mn( ) в точках = _mn(pq) на шкале задержек и суммирования их удвоенного значения с результатами квадратичного детектирования сигналов каждой антенны, после чего все полученные суммарные значения для всех pq-x узлов выводят на координатную сетку индикатора, а координаты источников излучения определяют по положению максимума индикаторных значений на координатных шкалах координатной сетки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение ПВКФ каждой пары «антенна-другая антенна» выполняют, подвергая сигналы с выхода каждой антенны синхронной дискретизации с интервалом _t, цифровому преобразованию и преобразованию Фурье на выборке длительностью N _t, вычисляют комплексные попарные взаимные спектры плотности мощности (ПВСПМ) сигнала каждой антенны с сигналом каждой другой антенны, а накапление за время T_н выполняют отдельно для реальной и мнимой части ПВСПМ, для каждого ПВСПМ выполняют обратное преобразование Фурье, при котором последовательности ПВСПМ дополняют нулями до 2N, 4N, 8N , получая промежуточные отсчеты ПВКФ на дискретной шкале временных задержек = _k, и при считывании значений ПВКФ в точках попарных разностей времен распространения сигнала _mn(pq), не совпадающих с дискретными значениями шкалы временных задержек _mn(pq) _k, используют интерполяцию.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в пассивной гидролокации, а также в атмосферной акустике и пассивной радиолокации.

Методы определения координат с разнесенными в пространстве приемниками по кривизне волнового фронта поля источника излучения основаны на использовании разности времен прихода сигнала со сферическим или цилиндрическим волновым фронтом от источника излучения к нескольким М приемникам с известным расположением их в пространстве.

Известно устройство и способ определения дальности D и направления на объект относительно заданной позиции по патенту США [1]. В соответствии с этим способом три антенны, расположенные в пространстве известным образом, принимают звуковую энергию, излучаемую объектом и распространяющуюся в водной среде с разным временем распространения t_m ( , D), m=1, 2, 3, определяемым геометрией системы «источник-приемники». Определяют разность времен распространения сигнала к парам антенн _mn( , D)=t_m-t_n, m,n=1, 2, 3, от источника с координатами ( , D), используя взаимную корреляцию сигнала, вырабатываемого каждой m-й антенной, с сигналом каждой другой n-й антенны с переменной задержкой между ними , т.е. попарную взаимно-корреляционную функцию (ПВКФ) C _mn( ). Эту разность времен распространения сигнала к парам антенн _mn( , D) определяют по положению максимума ПВКФ на шкале задержек . Для определения положения максимума ПВКФ используют визуализацию ПВКФ на индикаторе ПВКФ C_mn( ) и компьютер тригонометрического расчета дальности D ₀ и направления на источник звука ₀, используя определенные значения _mn как параметры в известных формулах.

Недостатками этого способа являются: невозможность наблюдения оператором положения источника и других источников излучения непосредственно в координатах поля наблюдения «направление-дальность», кроме того, этот способ требует обнаружения и наблюдения сигнала на графиках ПВКФ каждой пары антенн по-отдельности, следовательно эффективность метода в целом определяется выходным отношением сигнал/помеха («помехоустойчивостью») каждой пары антенн, если помехоустойчивость пар антенн не одинакова, то конечный результат определяется худшей парой. Кроме того, анализ каждой ПВКФ в случае наличия в поле наблюдения нескольких источников может быть затруднен или невозможен для оператора в связи с неоднозначностью отнесения максимумов ПВКФ к тому или иному источнику, тем более, что наложение друг на друга боковых лепестков ПВКФ разных источников может создавать ложные максимумы, приводящие к неоднозначности решения. В этих случаях необходим специальный анализ взаимного расположения на шкале задержек различных полученных максимумов различных ПВКФ, для отнесения их к тому или иному источнику.

Известны другие пассивные способы определения координат источников излучения с разнесенными в пространстве приемниками по кривизне волнового фронта поля источника, например, описанные в [2], недостатки которых аналогичны способу [1].

Наиболее близким по количеству общих признаков к предлагаемому способу является «Метод пассивной звуковой телеметрии» [3]. В данном методе гидролокации сигналы источника звука от трех линейно расположенных антенн А₁, А₂, А₃, обрабатывают путем определения ПВКФ сигналов центральной антенны А₂ с сигналами двух других антенн А₁ и А₃ : С₁₂( ) и С₂₃( ) на шкале временных задержек с накоплением (сглаживанием) оценок С₁₂( ) и C₂₃( ) за время T_н. Затем результаты двух ПВКФ совместно обрабатывают с целью определения параметров взаимного расположения их максимумов на шкале . Для этого производится модификация ПВКФ по следующему принципу: т.к. обе ПВКФ - С₁₂( ) и С₂₃( ) имеют максимумы на шкале задержек в некоторых точках ₁₂ и ₂₃ и пересекаются на этой шкале в некоторой неизвестной точке ₀, отстоящей от ₁₂ и ₂₃ на неизвестное расстояние по шкале задержек, равное ₀ и - ₀, соответственно, то для определения точки ₀ производят перебор (сканирование) значений ₁, ₂, _l , при этом для каждого очередного значения _l производят суммирование значений С₁₂ ( ) и С₂₃( ) для точек по шкале , симметричных относительно очередной точки _l, находят максимум суммы указанных ПВКФ. Перебор по _l, суммирование ВКФ и определение максимума указанной суммы продолжают до тех пор, пока не определят абсолютный максимум суммы ПВКФ С₀ для некоторого значения _l= ₀, соответствующего полному наложению главных лепестков С₁₂( ) и С₂₃( ) при сканировании по _l. В результате сканирования по _l определяют значения ₀, ₀ и С₀, по которым вычисляют оценки координат ₀ и D₀:

,

где с - скорость распространения сигнала, L - расстояния между центром центральной антенны A₂ и центрами антенн А₁ и А₃. Численные значения ₀ и D₀ выдают оператору.

С учетом изложенного, основные операции способа прототипа могут быть сформулированы как:

прием сигналов тремя антеннами, расположенными в пространстве известным образом,

предварительную обработку принятых сигналов, включающую ориентацию характеристик направленности антенн в направлении ожидаемого расположения источника излучения,

определение попарных взаимнокорреляционных функций (ПВКФ) сигналов антенн на шкале задержек ,

временное накопление ПВКФ,

суммирование ПВКФ,

индикацию ПВКФ на шкале задержек ,

определение параметров взаимного расположения главных максимумов ПВКФ на шкале задержек и вычисление по ним значений искомых координат

выдачу их оператору в виде цифровой информации.

Преимущество способа-прототипа заключается в том, что благодаря использованию операции суммирования двух ПВКФ повышается помехоустойчивость способа, а объем обработки и вычислительных ресурсов сокращается.

Недостатком аналогов и способа-прототипа, является то, что в них предусматривается визуальное наблюдение лишь графиков ПВКФ на шкале временных задержек , определение временных задержек на основе анализа ПВКФ (как в аналогах) либо параметров взаимного расположения максимумов ПВКФ на этой шкале задержек _mn - ₀, ₀ и С₀ (как в прототипе) и представление оператору геометрически рассчитанных по ним численных значений координат, но невозможна визуализация на индикаторе расположения источников в поле наблюдения в координатах «направление-дальность» ( , D) и непосредственного определения их координат на шкалах индикаторного поля. Необходимым условием успешного решения задачи в способе-прототипе является наблюдение сигнала источника на каждой ПВКФ по отдельности, поэтому помехоустойчивость результатов ограничена помехоустойчивостью каждой пары антенн по отдельности, так же как в аналоге [1], т.к. взаимная обработка ПВКФ с их суммированием в способе-прототипе имеет целью определение параметров взаимного расположения их максимумов на шкале задержек T₀. Если помехоустойчивость пар антенн неодинакова, то результат будет определяться худшей парой. При наличии в поле наблюдения нескольких источников анализ каждой ПВКФ может быть затруднен или невозможен для оператора, также как в аналоге [1], из-за неоднозначности взаимного расположения максимумов ПВКФ источников на шкале задержек . Способ-прототип предусматривает линейное расположение антенн, т.е. на одной базовой линии, что приводит к ограничениям при размещении их на конкретном носителе. В способе-прототипе не предусматривается использование большего количества антенн М>3, что имеет практические применения (см. например [4] и [5]), где использование способа-прототипа невозможно.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы оператора, благодаря визуализации на индикаторе расположения сигнальных отметок источников в поле наблюдения непосредственно в координатах «направление-дальность» ( , D) и прямого определения их координат на шкалах индикаторного поля, причем с максимальной для данной приемной системы помехоустойчивостью, при ограниченном увеличении объемов обработки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение визуального наблюдения источников излучения на экране индикатора, их расположения непосредственно в искомых координатах поля наблюдения «направление-дальность» с прямым определением их координат на шкалах индикаторного поля при максимальной помехоустойчивости, достижимой в данной приемной системе, без необходимости предварительного обнаружения и наблюдения сигнала на графиках ПВКФ каждой пары антенн по отдельности, без определения взаимных задержек сигнала _mn( , D) между антеннами по положению максимума ПВКФ на шкале задержеки (как в аналогах) или параметров ПВКФ (как в прототипе), обеспечение однозначного раздельного наблюдения расположения источников в поле наблюдения, при ограниченном увеличении объема обработки и вычислительных затрат. Предлагаемое изобретение может использоваться при произвольном количестве антенн (M 3) и при произвольном их размещении в пространстве, причем при увеличении количества антенн М>3 преимущества предлагаемого способа быстро увеличиваются.

Для обеспечения указанного технического результата в способ пассивного определения координат источников, содержащий прием сигналов тремя антеннами, расположенными в пространстве известным образом, предварительную обработку принятых сигналов, определение попарных взаимно-корреляционных функций (ПВКФ) сигналов антенн, временное накопление ПВКФ, суммирование ПВКФ, индикацию, введены новые признаки, а именно: прием сигналов осуществляют M 3 антеннами, в поле индикации организуют координатную сетку «направление-дальность» ( _p-D_q) с требуемыми границами поля наблюдения « _min, _max; D_min, D_max» и с интервалами дискретности , _D, для каждого pq-го узла координатной сетки вычисляют попарные разности времен распространения сигнала _mn(pq) к каждой m-й антенне и каждой другой n-й антенне из точки поля наблюдения с координатами pq-го узла координатной сетки ( _p-D_q), как если бы источник находился в этой точке, с выходов антенн определяют (М²-М)/2 ПВКФ сигнала C_mn( ) каждой m-й антенны с сигналом каждой другой n-й антенны и выполняют квадратичное детектирование выходных сигналов каждой антенны, а суммирование ПВКФ выполняют для каждого pq-го узла координатной сетки путем считывания (М²-М)/2 значений полученных ПВКФ C_mn( _mn(pq)) на шкале задержек в точках =t_mn(pq) и суммирования их удвоенного значения с результатами квадратичного детектирования сигналов с каждой антенны, после чего все полученные суммарные значения для всех pq-к узлов выводят на координатную сетку индикатора, а координаты источников излучения определяют по положению максимума индикаторных значений на координатных шкалах координатной сетки.

Дополнительного сокращения объемов обработки и увеличения точности считывания значений ПВКФ C_mn(t_mn(pq)) достигают тем, что определение ПВКФ каждой пары «антенна-другая антенна» выполняют, подвергая сигналы с выхода каждой антенны синхронной дискретизации с интервалом _t, цифровому преобразованию и преобразованию Фурье на выборке длительностью N _t, вычисляют комплексные попарные взаимные спектры плотности мощности (ПВСПМ) сигнала каждой антенны с сигналом каждой другой антенны, а накопление за время T_н выполняют отдельно для реальной и мнимой части ПВСПМ, для каждого ПВСПМ выполняют обратное преобразование Фурье, при котором последовательности ПВСПМ дополняют нулями до 2N, 4N, 8N , получая промежуточные отсчеты ПВКФ на дискретной шкале временных задержек = _k, и при считывании значений ПВКФ в точках попарных разностей времен распространения сигнала _mn(pq), не совпадающих с дискретными значениями шкалы временных задержек _mn(pq) _k, используют интерполяцию.

Новизна предлагаемого решения заключается в том, что после определения ПВКФ сигналов с выходов антенн C_mn( ), вместо определения взаимных задержек сигнала (как в аналогах) путем определения положения максимума ПВКФ на шкале каждой из ПВКФ, или других взаимных параметров ПВКФ - ₀, ₀ и С₀ (как в прототипе), просто считывают значения C_mn( ), без всякого анализа, по правилу = _mn(pq) и распределяют их по pq-м ячейкам координатной сетки (где _mn(pq) - заранее рассчитанные параметры pq-x узлов координатной сетки, р=1, 2, ,P, q=1, 2, ,Q).

Введение новых признаков позволяет получить на индикаторе визуальную картину расположения источника или нескольких источников излучения в виде сигнальных отметок с максимальными значениями, координаты которых считываются непосредственно на координатных шкалах индикатора. При этом в координатной точке, соответствующей оценке истинного расположения источника, сигнальная отметка имеет максимум, образованный удвоенной суммой главных максимумов всех (М²-М)/2 ПВКФ и М оценок мощности квадратичными детекторами, что обеспечивает наибольшую помехоустойчивость обнаружения, наблюдения и определения координат источников в данной приемной системе, при ограниченном увеличении объемов обработки и вычислительных затрат. При этом главные лепестки каждой ПВКФ располагаются на двумерном поле индикации закономерным образом в виде трасс, пересекающихся в точке истинного расположения источника, создавая рисунок, обеспечивающий как идентификацию сигнальной отметки на фоне выбросов помехи, так и однозначное раздельное наблюдение нескольких источников, благодаря их размещению на двухкоординатной индикаторной картине.

Повышение помехоустойчивости до оптимальной здесь обеспечивается суммированием в каждой точке координатной сетки удвоенных значений всех (М ²-М)/2 значений независимых ПВКФ приемной системы с результатами квадратичного детектирования выходных сигналов антенн, а сокращение вычислительных затрат достигается благодаря тому, что:

- взаимная корреляция выхода каждой антенны с каждой другой антенной C_mn( ) определяется один раз (за время накопления T_н , пока независимо от координатной сетки) и затем используется для всех P×Q узлов координатной сетки путем считывания полученных значений C_mn( *_mn(pq)),

- алгоритмы определения ВКФ C_mn( ) хорошо разработаны до уровня стандартных процедур, как в аналоговой, так и в цифровой форме и оптимизированы по вычислительным затратам, в частности с использованием дискретизации коррелируемых процессов и применением алгоритмов быстрого преобразования Фурье,

- считывание значений ПВКФ с интерполяцией и их суммирование в P×Q узлах координатной сетки производится после процедуры временного накопления ПВКФ и результатов квадратичного детектирования, т.е. заполнение всех ячеек координатной сетки индикаторной картины производится в темпе времени накопления T_н, что существенно сокращает требуемые объемы обработки и вычислительные ресурсы.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами 1-5, где на фиг.1 - схематическое изображение системы «источники-антенны» (для 3-х антенн), поясняющее предлагаемое изобретение; на фиг.2 - пример блок-схемы устройства, реализующего предлагаемый способ, на Фиг.3 - пример блок-схемы устройства, реализующего определение ПВКФ, на Фиг.4 - пример сигнальной отметки одиночного источника в поле индикации «направление-дальность» с сечениями по и по D, проходящими через ее максимум; на Фиг.5 - пример визуализации взаимного расположения двух источников S₁ , S₂ пo предлагаемому изобретению с сечениями, проходящими через максимумы их сигнальных отметок.

Сущность предлагаемого изобретения удобно пояснить на примере реализации его в простой двухкоординатной задаче с тремя линейно расположенными антеннами, как показано на поясняющей схеме Фиг.1, где приведено схематическое изображение геометрии системы «источники-приемники» для частной, планарной задачи визуализации источников в поле наблюдения в координатах «направление ( )-дальность (D))», для приемной системы из трех антенн А₁, A₂, А₃, когда источники и приемники находятся в одной плоскости на одной линии. За начало координат принята точка расположения центра центральной антенны А₂. Антенны расположены на оси х с известными координатами x₁, x₂=0, x₃, тогда L₁ , L₂, L₃ - траектории сигнала от источника к антеннам A₁, А₂, А₃, соответственно. l₁₂, l₁₃, l₂₃ - разность хода сигнала излучателя к антеннам, тогда попарные разности времен распространения сигнала _mn(pq) к каждой m-й антенне и каждой другой n-й антенне (здесь m, n=1, 2, 3) из точки поля наблюдения с координатами pq-то координатного узла, где _p=a_S, D_q=D_S равны: ₁₂( _S, D_S)=l₁₂/c, ₁₃( _S, D_S)=l₁₃/с, ₂₃( _S, D_S)=l₂₃/с, где с - скорость распространения сигнала. В более общем случае произвольного расположения антенн в пространстве, координаты их центров представлены вектором: или и др. и расчет разностей хода сигнала излучателя к антеннам l₁₂, l₁₃, l₂₃ решается аналогичным образом, по формулам тригонометрии.

В более общем случае - трехкоординатной задачи: «азимут, угол места, дальность» [ , , D], действия выполняются аналогично описанным ниже для любой пары координат при фиксированном значении третьей координаты: [ , , D=const], [ , D, =const], [ , D, =const]. Выбор фиксированного значения третьей координаты определяется конкретным применением: либо оно известно по условиям задачи, либо задается рядом значений с переключением с одного на другое, либо задача решается параллельно для нескольких заданных значений, например, для веера характеристик направленности в вертикальной или горизонтальной плоскости, последовательности значений дальности и пр.

Отображение графика индикаторного процесса V_S( , D) может быть представлено в прямоугольных координатах [ , D] (а также [ , ], [ , Z)]), как в аксонометрической проекции с линейным кодированием величины V_S( , D), так и в виде плоской картины с яркостным или цветовым кодированием величины, а также в виде графиков сечений по или D при фиксированном значении второй координаты, например, сечений, проходящих через максимум V_S( , D), как показано на Фиг.4 и 5.

График V_S( , D) может быть представлен также в других системах координат: полярной, географической и пр., в зависимости от конкретного применения.

Вариант реализации предлагаемого изобретения можно пояснить на примере устройства, реализующего прием сигналов в геометрии, представленной на схеме Фиг.1. Блок схема устройства по предлагаемому изобретению на примере системы из трех антенн показана на Фиг.2. Устройство (Фиг.2) содержит: блок 1 предварительной обработки (БПО), блок 2 попарной обработки сигналов (БПОС), блок 3 квадратичных детекторов (БКД), индикатор 4 и пульт управления 5. БПО содержит три входных блока 1.1 (A₁), 1.2 (A ₂), 1.3 (А₃), включающих антенны и известные элементы предварительной обработки: усиление, фильтрацию, предварительную ориентацию для приема сигнала с направлений сектора обзора по направлению « _min, _max», заданного с пульта управления 5. Три выхода блока 1 соединены с входами блока 2 попарной обработки сигналов (БПОС), и, параллельно, с входами блока 3 квадратичных детекторов (БКД). Блок 2 содержит блок 6 попарной взаимно-корреляционной обработки сигналов (БПВК), блок 7 считывания значений ПВКФ (БС) и сумматор 8 из P÷Q ячеек, суммирующих в каждой ячейки (М ²-М)/2 удвоенных результатов попарной обработки сигналов и М результатов квадратичного детектирования, а также вычислительный контур 9 расчета разностей времен прихода сигнала _mn(pq) к mn-м парам антенн (m, n=1, 2, 3, при m<n, тогда (М²-М)/2=3, для pq-x узлов координатной сетки, p=1, 2, ,P, q=1, 2, ,Q. Вычислительный контур 9 соединен и управляется устройством сканирования узлов координатной сетки 10 в пределах заданных пультом управления 5 границ поля обзора и индикации « _min, _max; D_min, D_max» с заданной дискретностью , _D.

БПВК 6 содержит идентичные блоки 6.1, 6.2, 6.3 определения взаимно-корреляционных функций (ВКФ) C_mn( ), на парные входы которых подключают выходные сигналы пар антенн из БПО 1: А1-А2 (1.1-1.2), А1-А3 (1.1-1.3) и А2-А3 (1.2-1.3), а выходы ВКФ 6.1-6.3 соединены с входами идентичных блоков 7.1, -7.3 блока БС 7 считывания значений ПВКФ C_mn ( _mn(pq), m, n=1, 2, 3, при m<n, в точках = _mn(pq), поступающих из вычислительного контура 9 для каждого pq-го узла координатной сетки.

Выходы БС 7.1, 7.2, 7.3 соединены с входами блока 8 сумматоров значений ПВКФ в pq-x узлах координатной сетки, который также имеет входы, соединенные с выходами блоков 3.1, 3.2, 3.3 блока 3 БКД, а его выход соединен с индикатором 4, соединенным также с пультом управления 5, управляющий адресами узлов координатной сетки pq.

Пример экономичной реализации блока 6 определения попарной взаимной корреляции (БПВК) в частотной области приведен на схеме Фиг.3, где блоки 11.1-11.3 - синхронно работающие аналого-цифровые преобразователи (АЦП), управляемые тактовой частотой F_т с генератора 16, 12.1-12.3 - идентичные блоки преобразования Фурье (БПФ), 13.1-13.3 - идентичные контуры вычисления комплексных попарных взаимных спектров плотности мощности (ПВСПМ) выходных сигналов всех пар антенн, 14.1-14.3 - идентичные блоки накопителей реальных и мнимых частей ПВСПМ, 15.1-15.3 - контуры вычисления обратного преобразования Фурье, выходные данные которых поступают на входы блока 6 (БС) считывания значений ПВКФ.

Пример выполнения предлагаемого способа целесообразно рассмотреть совместно с работой устройства по схеме Фиг.2. В блоке 4 индикации организуют координатную сетку «направление-дальность» ( _p-D_q) с требуемыми границами поля наблюдения « _min, _max; D_min, D_max» и с интервалами дискретности шкал , _D, задаваемыми с пульта управления 5. В блоке 5 сканирующее устройство перебирает узлы координатной сетки и передает значения координат _p, D_q в вычислительный контур 9 расчета разностей времен прихода сигнала по формулам тригонометрии с использованием координат центров антенн в приемной системе и последовательным значениям предполагаемых координат источника излучения _p, D_q (см. Фиг.1). Расчет разностей времен прихода сигнала производят при задании с пульта управления 5 параметров координатной сетки и сохраняют в памяти до следующего их задания. Сигналы, принятые антеннами с предварительной обработкой (блоки 1.1-1.3) поступают в блок попарной обработки сигналов 2, где в блоке 6 определяют ПВКФ сигналов всех пар антенн C _mn( ) в блоках 6.1-6.3. Результаты определения ПВКФ C_mn ( ) поступают в блоки 7.1-7.3 считывания значений ПВКФ для значений разностей времен прихода сигнала = _mn(pq) к _mn-парам антенн для pq-х узлов координатной сетки, т.е. C_mn( _mn(pq)). Значения разностей времен прихода сигнала _mn(pq), как параметров считывания, поступают в блоки 7.1-7.3 из вычислительного контура 9. Результаты считывания значений ПВКФ из блоков 7.1-7.3 поступают в блок 8, где они суммируются в сумматорах pq-х узлов координатной сетки. Блок сумматоров 8 также имеет входы, соединенные с выходами квадратичных детекторов 3.1, 3.2, 3.3 блока 3 БКД, выходные значения которых u_m поступают на сумматоры pq-x узлов координатной сетки, угловая координата которых _p укладывается в заданный строб относительно направления предварительной ориентации m-й антенны _m: _{p m}± _m, где _m - сектор внутри главного лепестка ХН антенны на уровне =0.7, 0.8, 0.9, , по условиям конкретного применения.

Таким образом, в блоке 8 получают P×Q суммарных значений всех [М²-М)/2 ПВКФ и М выходов квадратичных детекторов (с накоплением), которые выводят на индикатор 4.

Пример сигнальной отметки одиночного источника на индикаторе 4 по предлагаемому изобретению с реализацией по схеме Фиг 2 приведен на рисунке Фиг.4. На Фиг.5 приведен пример визуализации взаимного расположения двух источников S₁, S₂ по предлагаемому изобретению.

Дополнительное сокращение объемов обработки и увеличение точности считывания значений ПВКФ C_mn( _mn(pq)) достигается с помощью устройства, представленного на Фиг.3. Устройство (фиг.3) содержит блоки АЦП 11.1-11.3, соединенные по входу с выходами блоков предварительной обработки 1.1-1.3 соответственно, а по выходу - с блоками быстрого преобразования Фурье (БПФ) 12.1-12.3 соответственно, блоки АЦП 11.1-11.3 соединены с тактовым генератором 16, синхронизирующим их работу. Выходы блоков БПФ 12.1-12.3 попарно соединены с парными входами идентичных блоков определения взаимных спектров плотности мощности (ВСПМ) 13.1-13.3, выходы которых соединены с накопителями реальных и мнимых частей ВСПМ 14.1-14.3. Выходы накопителей соединены с входами контуров вычисления обратного преобразования Фурье (ОБПФ) 15.1-15.3, выходы которых соединены с соответствующими входами блока считывания ПВКФ (БС) 7 (7.1-7.3).

С помощью устройства фиг.3 ПВКФ каждой пары «антенна-другая антенна» выполняют, подвергая сигналы с выхода каждой антенны 1.1-1.3 синхронной дискретизации с интервалом _t с тактовой частотой F_т генератора 16, цифровому преобразованию в 11.1-11.3 и быстрому преобразованию Фурье на выборке длительностью N _t в 12.1-12.3. Вычисляют комплексные попарные взаимные спектры плотности мощности (ПВСПМ) сигнала каждой антенны с сигналом каждой другой антенны в 13.1-13.3, а накопление за время T_н выполняют отдельно для реальной и мнимой части ПВСПМ в 14.1-14.3, затем для каждой упомянутой ПВСПМ выполняют обратное преобразование Фурье в 15.1-15-3, при котором последовательности ПВСПМ дополняют нулями до 2N, 4N, 8N с целью получения дополнительных, промежуточных отсчетов ПВКФ для увеличения точности считывания значений ПВКФ, результаты которых поступают в блок считывания 7 на входы блоков 7.1-7.3 соответственно.

Известны практические приложения с другим количеством антенн М>3, как например в [4], где три бортовые антенны используют совместно с носовой антенной (М=4), или в трехкоординатном звуколокаторе [5] с пятью антеннами (М=5), где применение способа-прототипа невозможно или существенно уступает в помехоустойчивости. В случае применения предлагаемого способа с большим количеством антенн М состав, содержание и связи операций сохраняются, увеличивается лишь количество К идентичных блоков в схемах типа Фиг.2 и Фиг.3 в соответствии с формулой K=(М ²-М)/2: при М=3, K=3, при М=4, K=6, при М=5, K=10 и т.д., при этом с увеличением количества антенн преимущества предлагаемого способа быстро увеличиваются.

Работоспособность предлагаемого способа подтверждена моделированием и натурными испытаниями на макетах в реальных условиях, в том числе с количеством используемых разнесенных антенн М>3 [5]. В частном примере индикации поля наблюдения (типа Фиг.4 и 5) с координатной сеткой 200×100 узлов, с тремя антеннами, верхней частотой приема 8 кГц, частотой дискретизации 20 кГц, N_БПФ=512, расширением массива нулями до размера 4N, при времени накопления T_н =1.0 с, с интерполяцией C_mn( ) полиномом 2 порядка по 3 точкам, с применением предлагаемого изобретения получена помехоустойчивость результата на уровне оптимальной обработки, т.е. максимальная при данной приемной системе, а сокращение объема обработки и времени решения на обычном персональном компьютере, составляет 50 раз по сравнению с прямым оптимальным решением.

Источники информации

1. Патент США № 3,947,803. Система определения направления. МПК G01S 11/14; G01S 11/00; G01S 3/00; G01S 3/808; G01S 003/80, заявл. 12.05.1971, публ. 30.03.1976 г.

2. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. СПб.: Наука. 2004. С. 66-68.

3. Патент США № 4,910,719. Метод пассивной звуковой телеметрии. МПК G01S 5/18, заявл. 20.04.1988, публ. 20.03.1990. (Прототип).

4. Патент США № 4,480,322. Пассивная акустическая система подводного измерения дальности. МПК G01S 3/80; G01S 5/18, заявл. 05.04.1982, публ. 30.10.1984.

5. Л.Е. Гампер. О пространственных характеристиках трехмерной разнесенной акустической системы. Натурные испытания. Докл. XI школы-семинара им. акад. Л.М.Бреховских "Акустика океана" и XVII сессия Российского Акустического общества, май 2006 г. М.: ГЕОС, 2006.