Методы обработки гидроакустических сигналов, принимаемых в зоне Френеля приемных и излучающих систем

В п. 5.4 приведены предложения по компенсации виброакустической помехи. Метод компенсации виброакустической помехи при реализации его в виде одноканального компенсатора, может быть использован в параметрических антеннах; рыбопоисковых ГАС и эхолотах, имеющих одиночные электроакустические преобразователи; гидроакустических системах позиционирования; при организации низкочастотной ненаправленной телефонной звукоподводной связи; при повышении помехоустойчивости охранных систем интерференционного типа расположенных на подвижном носителе для обнаружения подводных объектов. Для повышения эффективности способа возможно изменение конструкции обтекателя путем введения дополнительного цилиндрического отражателя (для цилиндрической антенны) ВЧ сигнала, жестко соединенного с конструкцией основного обтекателя.

Заключение

В диссертационной работе, на основании выполненных исследований, получены следующие основные результаты:

1. Проанализированы, с точки зрения существующих научных представлений, физические явления, возникающие при излучении ВЧ сигнала в зоне Френеля пространственно развернутых антенных решеток:

- раскрыты механизмы взаимодействия ВЧ и НЧ сигналов, при излучении ВЧ сигнала в непосредственной близости от приемной гидроакустической антенны;

- исследованы возможные эффекты, возникающие при различных механизмах гетеродинирования НЧ сигнала.

2. Разработаны принципы и предложения использования гетеродинных методов обработки гидроакустических сигналов:

- с использованием численного моделирования исследованы особенности формирования отклика цилиндрической и линейной антенны при гетеродинной обработке сигнала; показана принципиальная возможность формирования требуемого отклика антенны путем изменения частоты гетеродина, а также обеспечения адаптации ГАС по дистанции в пределах зоны Френеля.

- произведена экспериментальная проверка метода гетеродинной обработки с использованием специально изготовленных макетов ГАС в натурных условиях;

- получено, что при использовании гетеродинной обработки с излучением ВЧ сигнала в водную среду проявление положительного эффекта зависит от рассеивающих свойств морской среды, при этом отмечено, что положительный эффект в основном проявляется при наличии повышенного уровня реверберации;

- показано, что формирование требуемого отклика антенны возможно и при подаче ВЧ сигнала в тракт обработки;

- обоснован метод гетеродинного сканирования акустического поля в пассивном режиме на основе принципов построения системы подстраивающейся под неплоский фронт волны широкополосного сигнала и перебора всех возможных вариантов подстройки под кривизну фронта волны, который позволяет осуществлять слепой поиск с высокой надежностью и высоким быстродействием поиска.

3. Произведен анализ функционирования реверберационной параметрической приемной антенны (РППА):

- разработана физическая модель и дано обоснование возникновения амплитудной модуляции аномально высокого уровня в параметрических антеннах реверберационного типа;

- даны объяснения повышения индекса амплитудной модуляции в условиях излучения накачки в водную среду с использованием модельных экспериментов;

- показано, что функционирование РППА наиболее эффективно при использовании сектора цилиндрического излучателя накачки, который фокусирует ВЧ сигнал излучателя в определенной области пространства;

4. Обоснован метод компенсации виброакустической помехи с использованием принципов адаптивной фильтрации сигнала:

- разработана физическая модель и дано теоретическое обоснование возникновения амплитудной модуляции при рассеянии дополнительно излученного ВЧ сигнала от вибрирующей поверхности обтекателя ГАС;

- показано, что использование принципов адаптивной фильтрации повышает эффективность метода по сравнению с энергетическим вычитанием эталона помехи из смеси сигнал+помеха. Так, использование нерекурсивного адаптивного фильтра типа LMS из блока DSP пакета расширения Simulink системы MATLAB позволяет подавить виброакустическую помеху на 8 - 10 дБ и дает преимущество по подавлению виброакустической помехи в сравнении с вычитающим устройством на 4 - 5 дБ при коэффициенте корреляции между сигналами основного и сформированного эталонного каналов состовлял 0,44 - 0,49.

- показано, что виброакустическая помеха работе ГАС разнородна по направлению, поэтому при реализации метода целесообразна установка дополнительного отражателя накачки, жестко связанного с обтекателем ГАС;

5. Обоснован метод освещения ближней обстановки подводного объекта с использованием адаптивного фильтра в охранной системе интерференционного типа. Адаптивный фильтр, использующий формирование эталона помехи, путем гетеродинирования дополнительного ВЧ излучения колебаниями поверхности моря позволяет реализовать интерференционный обнаружитель движущейся морской цели при лоцировании поверхности моря.

6. Разработаны предложения комплексной обработки широкополосного сигнала в РППА с развернутой апертурой антенны, состоящей из виртуальных приемников звука, расположенных на поверхности моря с использованием компенсации кривизны фронта волны, а также кепстральной и корреляционной обработки сигнала в зоне Френеля.

Основные публикации по теме диссертации

1. Колмогоров В.С., Коропенко А.И. Сравнительная оценка аддитивного и гетеродинного методов обработки гидроакустической информации.// Доклады 34 Всесоюзной Межвузовской НТК, Владивосток, ТОВВМУ, 1991.С. 96.

2. Колмогоров В.С., Алюшин Д.А. Анализ приемной параметрической антенны обратного нелинейного рассеяния. // Доклады Всесоюзной, межвузовской научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Тюлина В.Н., Владивосток, 1992.- С.59-61.

3. Колмогоров В.С. Отклик параметрической антенны реверберационного типа с апертурой больших размеров // Доклады 36 Всесоюзной Межвузовской НТК, Владивосток, ТОВВМУ, 1993, т.1,ч.1, С. 139-140.

4. Колмогоров В.С. О возможности синтеза отклика цилиндрической антенны // Доклады VII Дальневосточной НТК по судовой радиоэлектронике, ДВО РАН, Владивосток, 1994. - С.106 -108.

5. Колмогоров В.С. К вопросу о помехоустойчивости приемной антенны при наличии амплитудно-фазового распределения. // Доклады Российской гидроакустической конференции, Владивосток, ТОВВМУ, 1996.- С. 95-98.

6. Долгих В.Н., Колмогоров В.С., Липовский Д.В. Формирование отклика многоэлементной приемной антенны реверберационного типа // Труды 6 Всероссийской акустической конференции (с международным участием), Владивосток, 1998. - С. 8-10.

7. Колмогоров В.С., Авраменко Ю.Г. О навигационной безопасности плавания судов от столкновения с приповерхностными подводными объектами // Материалы 2-й международной НТК Проблемы транспорта Дальнего востока», Владивосток, ДВМГА, 1997.

8. Колмогоров В.С., Крючков А.Н. Ближнее поле излучателей различных форм // Научные труды Дальрыбвтуза. Вып. 14. Ч. I. - Владивосток. Дальрыбвтуз, 2001. - С. 157 - 161.

9. Крючков А.Н., Колмогоров В.С. Компенсация виброакустических помех на основе амплитудной модуляции вспомогательного высокочастотного сигнала вибрациями обтекателя ГАС //Сборник трудов XI сессии Российского акустического общества. Т. 4. - М.: Геос, 2001. - С. 187 - 192.

10. Колмогоров В.С., Гетеродинная обработка сигнала в многоэлементных гидроакустических системах // Сборник статей “Проблемы и методы разработки и эксплуатации вооружения и военной техники ВМФ”. Специиальные вопросы применения и эксплуатации средств связи и радиотехнических систем ВМФ. Вып. 43. - Владивосток. ТОВМИ, 2003. - С. 117-122.

11. Колмогоров В.С. Гидроакустическое зондирование поверхности моря с целью выявления аномалии его волнения // Материалы 8-й Международной НТК институт океанографии им. Ширшова РАН, Москва, 2003.

12. Колмогоров В.С., Щепетильников В.А., Сенченко А.Г., Крючков А.Н. Возникновение амплитудной модуляции при зондировании поверхности моря гидроакустическим сигналом // Материалы 8 -й Международной НТК Институт океанографии им. Ширшова РАН, Москва, 2003.

13. Колмогоров В.С., Крючков А.Н. Анализ распределения поля в зоне Френеля плоских поршневых акустических излучателей// Материалы ХLV2 Всероссийской межвузовской НТК Приклад т.2 , Владивосток, ТОВМИ, 2004.

14. Крючков А.Н., Колмогоров В.С. Обоснование метода формирования эталона виброакустических помех // ЦНИИ им. Акад. А.Н. Крылова Сборник рефератов НИОКР, ВИМИ вып. 2, 2006.

15. Колмогоров В.С. Расчет отклика антенны при гетеродинной обработке сигнала в условиях воздействия помех // Сборник статей ,,Проблемы и методы …”. Вып. 60, посвящ. 25 лет каф. ГА - Владивосток. ТОВМИ им. С.О. Макарова, 2006. - С. 134-137.

16. Долгих В. Н., Колмогоров В.С., Омельченко А.В. О возможности обнаружения и пеленгования цели в зоне Френеля // Сборник статей ,,Проблемы и методы …”. Вып. 60, посвящ. 25 лет каф. ГА - Владивосток. ТОВМИ им. С.О. Макарова, 2006. - С. 130-134.

17. Колмогоров В.С., Юрченко Е.Н., Емельянов Е.С. Модель дискретной составляющей спектра шумоизлучения корабля // Сборник статей ,,Проблемы и методы …”. Вып. 61. - Владивосток. ТОВМИ им. С.О. Макарова, 2007. - С. 273-278.

18. Колмогоров В.С., Калашников И.И., Сенченко А.Г., Даренских В.П.., Юрченко Е.Н. Оценка работы оператора - гидроакустика при обеспечении безопасности плавания // ДВГТУ институт открытого образования, 2006. С. 245-248.

19. Колмогоров В.С. Влияние морской поверхности на формирование частотно - анизотропной составляющей шумов моря // Сборник трудов XIX сессии Российского акустического общества. Т. 2. - М.: ГЕОС, 2007. - С. 292-297.

20. Колмогоров В.С. Использование адаптивной фильтрации при мониторинге морских акваторий // Материалы 3 Всероссийской конференции Технические средства освоения мирового океана - Владивосток, ИПМТ ДВО РАН. 2009. - С.439-443.

Авторские свидетельства, патенты

21. Гидроакустическое приемное устройство / Свидетельство на полезную модель № 15139 зарегистрировано в Гос. Реестре полезных моделей РФ 07.03.2000. ПавликовС.Н., Колмогоров В.С., Крючков А.Н., Сенченко А.Г.

22. Устройство обнаружения движущегося морского объекта / Патент на полезную модель № 68733 зарегистрировано в Гос. Реестре полезных моделей РФ 27.11.2007 Калашников И.И,.Колмогоров В.С., Сенченко А.Г., Юрченко Е.Н.

23. Устройство обнаружения и пеленгования движущегося морского объекта / Патент на полезную модель № 72550 зарегистрировано в Гос. Реестре полезных моделей РФ 20.04.2008 Калашников И.И., Колмогоров В.С., Сенченко А.Г., Юрченко Е.Н.

24. Распознавание класса морского объекта. Свидетельство об официальной регистрации программы на ЭВМ № 2002611376 зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 14.08.2002. Пурис А.М, Колмогоров В.С., Крючков А.Н

25. А.С. СССР на изобретение № 316507 от 28.12.87.зарегистрировано в Гос. Реестре изобретений СССР 1.08.90. Колмогоров В.С., Курмашев Р.А.

26. А.С. СССР на изобретение № 323145 от 30.10.89. зарегистрировано в Гос. Реестре изобретений СССР 1.02.91. Колмогоров В.С., Бахарев С.А.

27. Способ формирования отклика антенны гидроакустической станции и устройство для его реализации / Положительное решение № 63сот 25.03.2009г. на выдачу патента по заявке на изобретение Колмогоров В.С., Пономарев В.В.

Монографии, учебник

28. Колмогоров В.С. Гетеродинные методы обработки гидроакустических сигналов в задачах освещения ближней обстановки - Владивосток, ТОВМИ, 2009. 204 с. (монография)

29. Крючков А.Н., Колмогоров В.С. Компенсация виброакустических помех работе гидроакустических средств - Владивосток, ТОВМИ, 2007. 88 с. (монография)

30. Колмогоров В.С., Крючков А.Н., Липовский Д.В. Гидроакустические измерения - Владивосток, ТОВМИ, 2005. 200 с. (учебник - Решение ГК ВМФ о присвоении грифа «учебник» от 11.05.2004г.)

Публикации, рекомендованные по перечню ВАК

31. Колмогоров В.С., Калашников И.И., Сенченко А.Г. Использование адаптивного фильтра в охранной системе интерференционного типа при обнаружении движущегося подводного объекта // Специальная техника, №1 2008. - С.14-17.

32. Даренских В.П., Калашников И.И., Колмогоров В.С., Крючков А.Н., Юрченко Е.Н. Адаптивная фильтрация контролируемого сигнала на фоне виброакустической помехи // Приборы № 2 2008. - С. 25-30.

33. Колмогоров В.С., Крючков А.Н. Метод компенсации виброакустической помехи на основе принципов адаптивной фильтрации контролируемого сигнала // Контроль. Диагностика № 6 2008. - С. 21-25.

34. Крючков А.Н., Колмогоров В.С. Выбор места расположения приемного гидроакустического преобразователя при измерении эталона виброакустической помехи // Измерительная техника № 7 2008. - С. 62-64.

35. Колмогоров В.С., Крючков А.Н. Экспериментальная проверка метода адаптивной компенсации виброакустической помехи // Приборы и техника эксперимента № 2, 2009. - С. 58-64.

36. Колмогоров В.С., Крючков А.Н. Амплитудная модуляция в параметрических антеннах реверберационного типа // Акуст. журнал №3 2009. - С. 388--394

37. Колмогоров В.С., Калашников И.И., Сенченко А.Г., Даренских В.П. Адаптивная фильтрация сигнала при мониторинге морской среды // Вестник компьютерных и информационных технологий № 4 2009. - С. 20-25

38. Колмогоров В.С., Крючков А.Н. Адаптивная компенсация виброакустическрй помехи при измерении контролируемого сигнала // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика № 5 2009. - С. 36-39.

Размещено на Allbest.ru