[go: up one dir, main page]

RU2830066C1 - Method of determining coordinates and parameters of movement of underwater objects during multistatic sonar - Google Patents

Method of determining coordinates and parameters of movement of underwater objects during multistatic sonar Download PDF

Info

Publication number
RU2830066C1
RU2830066C1 RU2024117609A RU2024117609A RU2830066C1 RU 2830066 C1 RU2830066 C1 RU 2830066C1 RU 2024117609 A RU2024117609 A RU 2024117609A RU 2024117609 A RU2024117609 A RU 2024117609A RU 2830066 C1 RU2830066 C1 RU 2830066C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
receiver
target
signal
emitter
probing
Prior art date
Application number
RU2024117609A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Иванович Машошин
Геннадий Вячеславович Конюхов
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" filed Critical Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Application granted granted Critical
Publication of RU2830066C1 publication Critical patent/RU2830066C1/en

Links

Abstract

FIELD: hydroacoustics.
SUBSTANCE: invention relates to hydroacoustics, namely to methods and devices for detecting underwater objects in a multistatic sonar system. Bearing and distance to detected target are determined based on measurement by directional spatially non-oriented by angle receiver of differences of time and direction of detection of probing and echo signals taking into account known coordinates of emitter and receiver; target course and speed are determined based on the time distance measurement between the maxima in the echo signal caused by the probing signal reflection from the characteristic target bright points (reflectors), and determining the Doppler parameter of the echo signal relative to the probing signal.
EFFECT: determination of coordinates and motion parameters of a target with one receiver of a multistatic sonar system in one cycle of emitting a probing signal with an unknown angular orientation of the receiver in space.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способам и устройствам обнаружения подводных объектов при мультистатической гидролокации.The invention relates to the field of hydroacoustics, namely to methods and devices for detecting underwater objects using multistatic sonar.

Как известно [1,2], мультистатическая (многопозиционная) гидролокация отличается от моностатической тем, что гидроакустические излучатели и гидроакустические приёмники разнесены в пространстве, чем достигается повышение дистанции обнаружения подводных объектов. При использовании одного излучателя и одного приёмника, разнесённых в пространстве, гидролокация называется бистатической.As is known [1,2], multistatic (multi-position) hydrolocation differs from monostatic in that the hydroacoustic emitters and hydroacoustic receivers are spaced apart, which increases the detection distance of underwater objects. When using one emitter and one receiver spaced apart, hydrolocation is called bistatic.

Применение мультистатической гидролокации особенно актуально при поиске подводных лодок (ПЛ) авиационными радиогидроакустическими системами [3]. Данный поиск состоит в постановке противолодочным самолётом поля радиогидроакустических буёв (РГБ), которые должны обнаружить ПЛ при преодолении поля РГБ и факт обнаружения вместе с координатами и желательно параметрами движения по радиоканалу сообщить на самолёт. The use of multistatic sonar is especially relevant when searching for submarines (PL) using aviation radio-hydroacoustic systems [3]. This search consists of an anti-submarine aircraft placing a field of radio-hydroacoustic buoys (RHB), which should detect the PL when it passes through the RHB field and the fact of detection, together with coordinates and, preferably, movement parameters, should be reported to the aircraft via radio channel.

До последнего времени для решения задачи использовались в основном пассивные РГБ. Однако ввиду неуклонного снижения шумности ПЛ дистанция их обнаружения при помощи РГБ постоянно сокращается, что требует повышать плотность поля буёв и приводит к повышению стоимости поисковой операции. Ввиду этого в последние годы наметилась устойчивая тенденция к переходу на поиск ПЛ в активном мультистатическом режиме, в котором применяются ненаправленные (всенаправленные) излучающие РГБ и направленные приёмные РГБ.Until recently, passive RGB were used mainly to solve the problem. However, due to the steady decrease in submarine noise, the detection distance using RGB is constantly decreasing, which requires increasing the density of the buoy field and leads to an increase in the cost of the search operation. In view of this, in recent years there has been a steady trend towards switching to submarine search in an active multistatic mode, in which non-directional (omnidirectional) emitting RGB and directional receiving RGB are used.

При переходе к мультистатическому поиску возникла необходимость непрерывного определения ориентации приемной антенны относительно направления на географический север, т.к. приемные антенны РГБ, поддерживаясь плавучестью на заданной глубине, свободно вращаются вокруг вертикальной оси. Учитывая требования к малой стоимости и ограниченный объем для размещения аппаратуры внутри корпуса РГБ, в качестве аппаратуры ориентации используется простейший магнитный компас, обладающий низкой точностью определения направления, причём существенно зависящей от географической широты. В высоких широтах точность, обеспечиваемая магнитным компасом, становится неприемлемой, что является проблемой при решении задач в мультистатическом режиме.When switching to multistatic search, it became necessary to continuously determine the orientation of the receiving antenna relative to the direction to the geographic north, since the receiving antennas of the RGB, supported by buoyancy at a given depth, freely rotate around the vertical axis. Given the requirements for low cost and limited volume for placing equipment inside the RGB case, the simplest magnetic compass is used as orientation equipment, which has a low accuracy of determining the direction, and significantly depends on the geographic latitude. At high latitudes, the accuracy provided by the magnetic compass becomes unacceptable, which is a problem when solving problems in the multistatic mode.

При поиске ПЛ в режиме мультистатической гидролокации, когда излучающие и приёмные РГБ разнесены на большое расстояние, значительные ошибки при определении пеленга обнаруженной ПЛ не позволяют определить дистанцию до неё и направление её движения.When searching for a submarine in multistatic sonar mode, when the emitting and receiving RGB are separated by a large distance, significant errors in determining the bearing of the detected submarine do not allow determining the distance to it and the direction of its movement.

При поиске в пассивном режиме данная проблема существовала, но не была решающей, поскольку при обнаружении ПЛ конкретным РГБ с небольшой дистанцией обнаружения было ясно, что ПЛ находится в малой окрестности буя и конкретное направление на неё не является необходимым, ввиду того, что траектория движения ПЛ успешно восстанавливается по последовательности срабатывания отдельных РГБ, координаты которых могут быть определены с использованием приемников спутниковой навигационной системы (СНС), установленных на РГБ, либо путём пеленгования РГБ с использованием протяжённой антенны, установленной на самолёте [3].When searching in passive mode, this problem existed, but was not decisive, since when detecting a submarine by a specific RGB with a small detection range, it was clear that the submarine was in the small vicinity of the buoy and a specific direction to it was not necessary, due to the fact that the submarine's trajectory was successfully restored by the sequence of operation of individual RGB, the coordinates of which could be determined using satellite navigation system (SNS) receivers installed on the RGB, or by direction finding the RGB using an extended antenna installed on the aircraft [3].

При поиске ПЛ в режиме мультистатической гидролокации, когда излучающие и приёмные РГБ разнесены на большое расстояние, значительные ошибки при определении пеленга обнаруженной ПЛ не позволяют определить дистанцию до неё и направление её движения.When searching for a submarine in multistatic sonar mode, when the emitting and receiving RGB are separated by a large distance, significant errors in determining the bearing of the detected submarine do not allow determining the distance to it and the direction of its movement.

Учитывая сказанное, актуальной является задача, как в режиме мультистатической гидролокации с высокой точностью определить координаты и параметры движения обнаруженного подводного объекта без аппаратуры определения ориентации в пространстве приёмных антенн РГБ (активные РГБ, являясь ненаправленными, в ориентации не нуждаются).Taking into account the above, the problem of how to determine the coordinates and motion parameters of a detected underwater object with high accuracy in the multistatic sonar mode without equipment for determining the orientation in space of the receiving RGB antennas (active RGB, being non-directional, do not require orientation) is relevant.

Применение мультистатической гидролокации [1,2] и радиолокации [4,5] для решения разных задач широко известно. В работе [6] рассматривается задача освещения подводной обстановки с использованием гидроакустического комплекса ПЛ в качестве излучателя и поля РГБ в качестве приёмников. В работе [7] для устранения неоднозначности пеленга обнаруженной цели, свойственной линейным буксируемым антеннам, предлагается использовать 2 корабля, оснащённых гидроакустическими станциями с гибкими протяжёнными буксируемыми антеннами, и обнаруживать цели в режиме бистатической гидролокации. В работе [8] рассматривается система, состоящая из разнесённых в пространстве направленного приёмоизлучателя и направленного приёмника при условии, что цель находится вне зоны видимости приёмника. Ввиду этого приёмник обнаруживает эхосигнал, отражённый не от цели, а от приёмоизлучателя. Во всех перечисленных аналогах приёмники считаются ориентированными в пространстве, т.е. названная выше проблема передними не стоит. The use of multistatic sonar [1,2] and radar [4,5] to solve various problems is widely known. The paper [6] considers the problem of underwater situation illumination using a submarine hydroacoustic complex as a transmitter and a RGB field as receivers. The paper [7] proposes to eliminate the ambiguity of the detected target bearing, which is typical for linear towed antennas, by using 2 ships equipped with hydroacoustic stations with flexible extended towed antennas and detecting targets in the bistatic sonar mode. The paper [8] considers a system consisting of a directional transmitter-emitter and a directional receiver spaced apart in space, provided that the target is outside the receiver's visibility zone. Due to this, the receiver detects an echo signal reflected not from the target, but from the transmitter-emitter. In all of the listed analogs, the receivers are considered to be oriented in space, i.e. the above problem is not a concern.

В качестве способа-прототипа выбран способ определения координат цели, описанный в работе [4, с.33-34]. Способ-прототип проиллюстрирован на фиг.1, на котором:The method for determining target coordinates described in [4, pp. 33-34] was chosen as the prototype method. The prototype method is illustrated in Fig. 1, in which:

1 – ненаправленный излучатель (далее - излучатель);1 – non-directional emitter (hereinafter referred to as the emitter);

2 – направленный приёмник, ориентированный в пространстве;2 – directional receiver, oriented in space;

3 – цель;3 – goal;

– расстояние между излучателем и приёмником; – distance between the emitter and the receiver;

– расстояние между излучателем и целью; – distance between the emitter and the target;

– расстояние между целью и приёмником; – distance between the target and the receiver;

– угол с вершиной в местоположении приёмника между пеленгами на излучатель и цель. – the angle with its vertex at the location of the receiver between the bearings to the emitter and the target.

Способ-прототип заключается в следующем. Имеются разнесённые в пространстве и стационарно установленные с известными координатами ненаправленный излучатель 1 и приёмник 2 с направленной антенной. Причём приёмник пространственно ориентирован, т.е. оборудован средствами инерциальной навигации, обеспечивающими контроль текущего направления на географический север.The prototype method is as follows. There are a non-directional emitter 1 and a receiver 2 with a directional antenna, which are spaced apart and stationary with known coordinates. Moreover, the receiver is spatially oriented, i.e., it is equipped with inertial navigation devices that ensure control of the current direction to the geographic north.

Излучатель 1 излучает зондирующий сигнал (ЗС), который отражается от цели 3. Приёмник 2 принимает ЗС, измеряет и запоминает пеленг и время его приёма. Затем принимает эхосигнал (ЭС), измеряет и запоминает пеленг и время его приёма. Emitter 1 emits a probing signal (PS), which is reflected from target 3. Receiver 2 receives the PS, measures and stores the bearing. and time its reception. Then it receives an echo signal (ES), measures and remembers the bearing and time his reception.

С использованием измеренных данных формируется система уравненийUsing the measured data, a system of equations is formed

гдеWhere

- разность времён приёма эхосигнала и зондирующего сигнала; - the difference in reception times of the echo signal and the probing signal;

- разность пеленгов приёма эхосигнала и зондирующего сигнала; - the difference in bearings between the reception of the echo signal and the probing signal;

– скорость звука в воде. – the speed of sound in water.

Первое уравнение в (1) связывает между собой расстояния, пройденные эхосигналом и зондирующим сигналом с разностью времён их обнаружения. Второе уравнение связывает между собой длины сторон треугольника 1-2-3 с углом в соответствии с теоремой косинусов.The first equation in (1) relates the distances traveled by the echo signal and the probing signal with the difference in their detection times. The second equation relates the lengths of the sides of the triangle 1-2-3 with the angle according to the law of cosines.

Подставляя 1-е уравнение во 2-е, получим:Substituting the 1st equation into the 2nd, we get:

Учитывая, что и определены, а рассчитывается исходя из известных географических координат излучателя и приёмника, из (2) определяется расстояние (дистанция) между целью и приёмником :Considering that And defined, and is calculated based on the known geographic coordinates of the emitter and receiver, from (2) the distance (range) between the target and the receiver is determined :

В результате получен пеленг цели и дистанция до неё относительно приёмника.As a result, the target bearing was obtained. and the distance to it relative to the receiver.

Недостатками способа прототипа являются:The disadvantages of the prototype method are:

- для его реализации приёмник должен быть ориентирован в пространстве;- for its implementation the receiver must be oriented in space;

- способ не позволяет определить курс и скорость цели.- the method does not allow determining the course and speed of the target.

Решаемая техническая проблема – совершенствование поиска подводных объектов мультистатической системой подводного наблюдения.The technical problem being solved is improving the search for underwater objects using a multistatic underwater surveillance system.

Технический результат – определение координат (пеленга и дистанции) и параметров движения (курса и скорости) цели одним приёмником мультистатической системы гидролокации за один цикл излучения зондирующего сигнала при неизвестной угловой ориентации приёмника в пространстве.The technical result is the determination of coordinates (bearing and distance) and movement parameters (course and speed) of a target by one receiver of a multistatic sonar system in one cycle of emission of a probing signal with an unknown angular orientation of the receiver in space.

Заявляемый способ проиллюстрирован на фиг.2, на котором:The claimed method is illustrated in Fig. 2, in which:

4 – направленный приёмник, не ориентированный в пространстве и определяющий направление в локальной системе координат, центр которой совмещен с центром приемной антенны (далее - приемник);4 – a directional receiver, not oriented in space and determining the direction in a local coordinate system, the center of which is aligned with the center of the receiving antenna (hereinafter referred to as the receiver);

– курсовой угол цели относительно приёмника; – the course angle of the target relative to the receiver;

– курсовой угол цели относительно излучателя; – the course angle of the target relative to the emitter;

d – разность курсовых углов цели относительно направлений на излучатель и приёмник. d – the difference in the target course angles relative to the directions of the emitter and receiver.

Реализация заявляемого способа состоит в следующем:The implementation of the claimed method is as follows:

- Ненаправленный (всенаправленный) излучатель 1 излучает зондирующий сигнал (ЗС).- Non-directional (omnidirectional) emitter 1 emits a probing signal (PS).

- Направленный приёмник 4 принимает ЗС, измеряет направление и время приёма ЗС, а также запоминает сам ЗС .- Directional receiver 4 receives the ZS, measures the direction and time reception of the ZS, and also remembers the ZS itself .

- Затем направленный приёмник 4 принимает эхосигнал (ЭС), отражённый от цели 3, измеряет направление и время приёма ЭС, а также запоминает сам ЭС - Then the directional receiver 4 receives the echo signal (ES) reflected from the target 3, measures the direction and time reception of ES, and also remembers the ES itself

- С использованием полученных данных определяются текущие координаты цели в пространстве. Это достигается следующим образом:- Using the received data, the current coordinates of the target in space are determined. This is achieved as follows:

- вычисляется разность направлений прихода ЭС и ЗС- the difference in the directions of arrival of the ES and ZS is calculated

- вычисляется разность времён приёма ЭС и ЗС - the difference between the reception times of the ES and ZS is calculated

При этом предполагается, что приёмник на интервале между приёмом ЗС и ЭС не изменил своей угловой ориентации, что соответствует действительности, поскольку интервал между приёмом ЗС и ЭС не превышает единиц секунд, а экспериментально установлено, что при принятии соответствующих аппаратных решений (оборудование РГБ демпфером в виде паруса из ткани и микромеханическими акселерометрами) максимальная не учитываемая скорость вращения РГБ вокруг своей вертикальной оси не превышает единиц градусов в минуту;It is assumed that the receiver has not changed its angular orientation during the interval between the reception of the ES and the ES, which is true, since the interval between the reception of the ES and the ES does not exceed units of seconds, and it has been experimentally established that when adopting appropriate hardware solutions (equipping the RGB with a damper in the form of a sail made of fabric and micromechanical accelerometers), the maximum unaccounted rotation speed of the RGB around its vertical axis does not exceed units of degrees per minute;

- вычисляются пеленг и дистанция излучателя относительно приёмника:- bearings are calculated and distance emitter relative to receiver:

гдеWhere

– известные (рассчитанные с использованием сигналов спутниковой навигационной системы) географические координаты приёмника в некоторой местной декартовой системе координат, в которой ось направлена на север, а ось – на восток; – known (calculated using signals from a satellite navigation system) geographic coordinates of the receiver in some local Cartesian coordinate system in which the axis is directed to the north, and the axis - to the east;

– известные (рассчитанные с использованием сигналов спутниковой навигационной системы) географические координаты излучателя в той же системе координат; – known (calculated using signals from a satellite navigation system) geographic coordinates of the emitter in the same coordinate system;

- вычисляется пеленг цели относительно приёмника- the target bearing relative to the receiver is calculated

Знак в правой части формулы (7) определяется, исходя из того, что на практике известно, с какой стороны цель приближается к барьеру из РГБ;The sign on the right side of formula (7) is determined based on the fact that in practice it is known from which side the target approaches the RGB barrier;

- по формуле (3) вычисляется дистанция до цели относительно приёмника.- using formula (3), the distance to the target relative to the receiver is calculated.

1) Если осуществляется поиск ПЛ известного проекта и если разрешающая способность ЗС по дальности не превышает единиц метров, определяются курс и скорость цели. Это реализуется следующим образом:1) If a search is carried out for a submarine of a known design and if the range resolution of the surface-to-surface system does not exceed a few meters, the target's course and speed are determined. This is implemented as follows:

- определяется курсовой угол цели относительно приёмника , для чего вычисляется взаимно-корреляционная функция (ВКФ) ЗС и ЭС :- the target's course angle relative to the receiver is determined , for which the cross-correlation function (CCF) of the ZS and ES is calculated :

где Where

– длительность ЗС; – duration of the ZS;

– аргумент взаимно-корреляционной функции; – argument of the cross-correlation function;

– аргумент зондирующего и эхосигналов. – argument of the probing and echo signals.

В ВКФ (показанной красным цветом на фиг.3) выделяются узкополосные максимумы, обусловленные отражениями от характерных блестящих точек цели, и измеряются разности их абсцисс (т.е. запаздывания прихода на приёмник ЭС, отражённых от -й и -й блестящих точек - отражателей). В случае ПЛ характерными блестящими точками (отражателями) являются нос, рубка и кормовое оперение [9]. При известном проекте ПЛ расстояния между характерными -й и -й блестящими точками (отражателями) вдоль диаметральной плоскости известны. Поскольку относительные запаздывания прихода эхосигналов от отражателей во взаимно-корреляционной функции зависят от курсового угла цели относительно приёмника (что показано на фиг.3 красным цветом), это позволяет определить курсовой угол цели относительно приёмника по формуле:In the VCF (shown in red in Fig. 3), narrow-band maxima caused by reflections from characteristic bright points of the target are identified, and the differences in their abscissas are measured. (i.e. the delay in the arrival of the ES reflected from the receiver -th and -th of bright points - reflectors). In the case of a submarine, the characteristic bright points (reflectors) are the bow, conning tower and stern empennage [9]. With a known submarine design, the distances between the characteristic -th and -th shiny points (reflectors) along the diametrical plane are known. Since the relative delays of the arrival of echo signals from the reflectors in the cross-correlation function depend on the course angle of the target relative to the receiver (which is shown in Fig. 3 in red), this allows us to determine the course angle of the target relative to the receiver using the formula:

где и - номера наиболее удалённых друг от друга отражателей.Where And - numbers of the reflectors most distant from each other.

Для повышения точности используется разность между наиболее удалёнными друг от друга блестящими точками. Знак в правой части формулы (9) определяется по стороне изменения пеленга цели при излучении нескольких ЗС;To improve accuracy, the difference is used between the most distant from each other bright points. The sign on the right side of formula (9) is determined by the side of the change in the bearing of the target when several ES are radiating;

- определяется курс цели :- the target course is determined :

- -

- определяется скорость цели , что достигается следующим образом:- the target speed is determined , which is achieved as follows:

o при мультистатической локации доплеровское преобразование спектра ЗС в спектр ЭС имеет видo in multistatic location, the Doppler transformation of the ZS spectrum into the ES spectrum has the form

гдеWhere

– комплексный спектр эхосигнала; – complex spectrum of the echo signal;

– передаточная характеристика канала распространения ЗС от излучателя к приёмнику, величина которой не влияет на решаемую задачу; – the transfer characteristic of the transmission channel of the ground station from the emitter to the receiver, the value of which does not affect the problem being solved;

– комплексный спектр ЗС, преобразованный под воздействием эффекта Доплера; – complex spectrum of the ZS, transformed under the influence of the Doppler effect;

- курсовой угол цели относительно излучателя и приёмника соответственно; - the course angle of the target relative to the emitter and receiver, respectively;

- доплеровский параметр, определяемый в виде - Doppler parameter, defined as

Формула (12) показывает, что ЗС подвергается эффекту Доплера дважды: сначала при падении на цель под углом , а затем при отражении от неё под углом .Formula (12) shows that the ZS is subject to the Doppler effect twice: first when falling on the target at an angle , and then when reflected from it at an angle .

Величину доплеровского параметра можно определить из следующего условия: корреляция ЭС и ЗС является максимальной, если ЗС преобразован с использованием доплеровского параметра, определяемого по формуле (12). Для этого вычислим корреляцию ЭС и ЗС, преобразованного с использованием разных величин доплеровского параметра , перебираемых от 1 до величины с шагом :The value of the Doppler parameter can be determined from the following condition: the correlation of the ES and the ZS is maximum if the ZS is transformed using the Doppler parameter determined by formula (12). To do this, we calculate the correlation of the ES and the ZS transformed using different values of the Doppler parameter , iterated from 1 to the value with a step :

гдеWhere

– граничные частоты полосы частот ЗС; – boundary frequencies of the frequency band of the ZS;

– частота и длительность ЗС; – frequency and duration of the ES;

- максимально возможная скорость цели; - maximum possible target speed;

– сопряжённый комплексный спектр эхосигнала; – conjugate complex spectrum of the echo signal;

– комплексный спектр ЗС, преобразованный в соответствии с величиной доплеровского параметра ; – complex spectrum of the ZS, transformed in accordance with the value of the Doppler parameter ;

– частота. - frequency.

Определим величину доплеровского параметра как соответствующую максимуму функции .Let's determine the value of the Doppler parameter as corresponding to the maximum of the function .

Определив доплеровский параметр , найдём из (12) скорость цели, учтя, что :Having determined the Doppler parameter , we find the target speed from (12), taking into account that :

Единственный неизвестный в (14) параметр d, представляющий собой угол с вершиной в месте цели между направлениями на излучатель и приёмник, определяется из треугольника 1-2-3 на фиг.2 по теореме синусов, а расстояние между излучателем и целью вычисляется из первого уравнения системы (1):The only unknown parameter in (14) is d , which is the angle with the vertex at the target location between the directions to the emitter and receiver, and is determined from the triangle 1-2-3 in Fig. 2 using the law of sines, and the distance between the emitter and the target is is calculated from the first equation of system (1):

Таким образом, без учёта угловой ориентации приёмника по данным одного цикла излучения ЗС определены пеленг цели , дистанция до неё , курс цели и её скорость .Thus, without taking into account the angular orientation of the receiver, the target bearing was determined based on the data of one cycle of the ZS radiation. , distance to it , target course and its speed .

Существенными отличиями заявляемого способа от способа прототипа является дополнительное определение при отсутствии угловой ориентации приёмника:The significant differences between the claimed method and the prototype method are the additional determination in the absence of the angular orientation of the receiver:

1) координат цели;1) target coordinates;

2) курса цели;2) target course;

3) скорости цели.3) target speed.

Для оценки точности определения координат и параметров движения цели с помощью заявленного способа было проведено математическое моделирование решения задачи, которое позволило установить следующее:To assess the accuracy of determining the coordinates and parameters of the target's movement using the claimed method, mathematical modeling of the solution to the problem was carried out, which made it possible to establish the following:

На точность определения координат и параметров движения цели влияют среднеквадратические погрешности (СКП) определения:The accuracy of determining the coordinates and parameters of target movement is affected by the root mean square errors (RMS) of the determination:

текущих координат излучателя и приёмника;current coordinates of the emitter and receiver;

моментов времени прихода ЗС и ЭС;moments of arrival of the ZS and ES;

направлений прихода ЗС и ЭС;directions of arrival of ZS and ES;

расстояний между максимумами в ВКФ ЗС и ЭС;distances between the maxima in the VCF of the ZS and ES;

доплеровского параметра;Doppler parameter;

скорости звука на глубине приёмника.the speed of sound at the depth of the receiver.

Типовыми значениями перечисленных СКП являются:Typical values of the listed SCPs are:

текущих координат излучателя и приёмника при использовании спутниковой навигационной системы 5…8 м;current coordinates of the emitter and receiver when using a satellite navigation system 5...8 m;

моментов времени прихода ЗС и ЭС 0,5…1,0 мс;moments of arrival time of the ZS and ES 0.5...1.0 ms;

направления прихода ЗС и ЭС 2°…3°;directions of arrival of the West Siberian Branch and the Eastern Siberian Branch 2°…3°;

расстояний между максимумами в ВКФ ЗС и ЭС 2…3 мс;distances between the maxima in the VCF ZS and ES 2...3 ms;

доплеровского параметра 0,03…0,05;Doppler parameter 0.03…0.05;

скорости звука 0,5…1,0 м/с.speed of sound 0.5…1.0 m/s.

При типовых значениях ошибок координаты и параметры движения цели определяются с СКП:With typical error values, the coordinates and parameters of the target's movement are determined with the SCP:

пеленга 2°…3°;bearing 2°…3°;

дистанции 7…10%;distances 7…10%;

курса 7°…9°;course 7°…9°;

скорости 0,8…1,2 м/с.speeds of 0.8…1.2 m/s.

Приведённое обоснование и результаты моделирования заявляемого способа позволяют утверждать, что заявленный технический результат – определение координат и параметров движения цели одним приёмником мультистатической системы гидролокации за один цикл излучения зондирующего сигнала при неизвестной угловой ориентации приёмника в пространстве – можно считать достигнутым.The provided justification and results of modeling the claimed method allow us to assert that the claimed technical result – determination of coordinates and parameters of target movement by one receiver of a multistatic sonar system in one cycle of emission of a probing signal with an unknown angular orientation of the receiver in space – can be considered achieved.

Источники информацииSources of information

1. Урик Р. Дж. Основы гидроакустики // Л.: Судостроение. 1978.1. Urick R. J. Fundamentals of hydroacoustics // L.: Shipbuilding. 1978.

2. Cox H. of bistatic active sonar. In "Undewater acoustic data processing" by Y.T.Chan (editor). Springer.1989.2. Cox H. of bistatic active sonar. In "Undewater acoustic data processing" by Y.T.Chan (editor). Springer.1989.

3. Бородавкин А.Н., Богомолов А.П., Дурнев И.Н., Титков И.В. Радиогидроакустические системы морской авиации // ВУНЦ ВМФ "Военно-морская академия". Санкт-Петербург. 2022. 287 с.3. Borodavkin A.N., Bogomolov A.P., Durnev I.N., Titkov I.V. Radiohydroacoustic systems of naval aviation // Military Scientific Center of the Navy "Naval Academy". St. Petersburg. 2022. 287 p.

4. Аверьянов В.Е. Разнесённые радиолокационные станции и системы // Минск: Наука и техника. 1978.4. Averyanov V.E. Separated radar stations and systems // Minsk: Science and Technology. 1978.

5. Черняк В.С. Многопозиционная радиолокация // М.: Радио и связь. 1993.5. Chernyak V.S. Multi-position radar // M.: Radio and communication. 1993.

6. Патент РФ № 2555192.6. Patent of the Russian Federation No. 2555192.

7. Патент РФ № 2715409.7. Patent of the Russian Federation No. 2715409.

8. Патент РФ № 2751999.8. Patent of the Russian Federation No. 2751999.

9. Чернов В.П. Характеристики гидролокационного отражения сложных подводных объектов по результатам физического моделирования // Гидроакустика. 2022. Вып. 51 (3). С.50-60.9. Chernov V.P. Characteristics of sonar reflection of complex underwater objects based on the results of physical modeling // Hydroacoustics. 2022. Issue 51 (3). P.50-60.

Claims (23)

Способ определения координат и параметров движения подводных объектов при мультистатической гидролокации, включающий излучение ненаправленным излучателем зондирующего сигнала, приём направленным приёмником зондирующего сигнала с измерением момента времени прихода зондирующего сигнала, приём тем же направленным приёмником эхосигнала, отражённого от цели, с измерением момента времени прихода эхосигнала, вычисление разности времён прихода эхосигнала и зондирующего сигнала , определение координат цели с использованием измеренных параметров и известных координат излучателя и приёмника, отличающийся тем, что измеряют не ориентированным в пространстве направленным приёмником направления прихода зондирующего сигнала и эхосигнала, вычисляют разность направлений прихода эхосигнала и зондирующего сигнала, с использованием известных географических координат излучателя и приёмника вычисляют пеленг излучателя относительно приёмника и расстояние между излучателем и приёмником , вычисляют пеленг цели относительно приёмника по формуле A method for determining the coordinates and parameters of movement of underwater objects during multistatic hydrolocation, including the emission of a probing signal by a non-directional emitter, the reception of a probing signal by a directional receiver with measurement of the time of arrival of the probing signal, the reception by the same directional receiver of an echo signal reflected from a target with measurement of the time of arrival of the echo signal, and the calculation of the difference in the arrival times of the echo signal and the probing signal , determination of target coordinates using measured parameters and known coordinates of the emitter and receiver, characterized in that the directions of arrival of the probing signal and the echo signal are measured by a directional receiver that is not oriented in space, and the difference is calculated directions of arrival of the echo signal and the probing signal, using the known geographic coordinates of the emitter and receiver, the bearing of the emitter relative to the receiver is calculated and the distance between the emitter and the receiver , calculate the bearing of the target relative to the receiver according to the formula , , вычисляют дистанцию до цели относительно приёмника по формуле calculate the distance to the target relative to the receiver according to the formula где Where – скорость звука в воде, – the speed of sound in water, вычисляют взаимно-корреляционную функцию между зондирующим и эхосигналом с выделением в ней максимумов, обусловленных отражениями от характерных блестящих точек - отражателей цели, и измерением запаздываний между наиболее удалённой парой блестящих точек, определяют курсовой угол цели относительно приёмника по формулеcalculate the cross-correlation function between the probing and echo signals, identifying the maxima in it caused by reflections from characteristic shiny points - target reflectors, and measuring the delays between the most distant pair of bright dots, determine the course angle of the target relative to the receiver according to the formula , , где – известные расстояния вдоль диаметральной плоскости цели между -й и -й характерными блестящими точками (отражателями), Where – known distances along the target's diametrical plane between -th and - with characteristic shiny dots (reflectors), вычисляют курс цели по формулеcalculate the target's course according to the formula , , вычисляют зависимость величины корреляции эхосигнала и зондирующего сигнала от величины доплеровского параметра по формулеcalculate the dependence of the correlation value of the echo signal and the probing signal on the value of the Doppler parameter according to the formula , , гдеWhere – частота; – frequency; – граничные частоты полосы частот зондирующего сигнала; – boundary frequencies of the frequency band of the probing signal; – сопряжённый комплексный спектр эхосигнала; – conjugate complex spectrum of the echo signal; – комплексный спектр зондирующего сигнала, преобразованный в соответствии с величиной доплеровского параметра , – complex spectrum of the probing signal, transformed in accordance with the value of the Doppler parameter , определяют величину доплеровского параметра , соответствующего максимуму зависимости величины корреляции эхосигнала и зондирующего сигнала от величины доплеровского параметра , determine the value of the Doppler parameter , corresponding to the maximum dependence of the correlation value of the echo signal and the probing signal on the value of the Doppler parameter , вычисляют скорость цели по формулеcalculate the target's speed according to the formula , , где – угол с вершиной в месте цели между направлениями на излучатель и приёмник, определяемый по формулеWhere – the angle with the vertex at the target location between the directions to the emitter and receiver, determined by the formula . .
RU2024117609A 2024-06-26 Method of determining coordinates and parameters of movement of underwater objects during multistatic sonar RU2830066C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2830066C1 true RU2830066C1 (en) 2024-11-12

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU75061U1 (en) * 2008-01-09 2008-07-20 ОАО "Концерн "Океанприбор" ACTIVE HYDROLOCATOR
RU2358289C1 (en) * 2007-11-09 2009-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Специальное научно-производственное объединение "Элерон" (ФГУП "СНПО "Элерон") Method and system of detecting objects during hydrolocation
RU2715409C1 (en) * 2019-04-01 2020-02-27 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of determining current coordinates of a target in bistatic sonar mode
RU2724315C1 (en) * 2019-02-12 2020-06-22 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of passive determination of coordinates of moving weak radiation source
US11016185B1 (en) * 2012-03-21 2021-05-25 Hadal, Inc. Systems and methods for bi-static or multi-static holographic navigation
RU2751999C1 (en) * 2020-08-24 2021-07-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий" Method for semiactive-passive bistatic determination of location of target
US20220350021A1 (en) * 2019-03-06 2022-11-03 University Of New Hampshire End-fire synthetic aperture sonar

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2358289C1 (en) * 2007-11-09 2009-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Специальное научно-производственное объединение "Элерон" (ФГУП "СНПО "Элерон") Method and system of detecting objects during hydrolocation
RU75061U1 (en) * 2008-01-09 2008-07-20 ОАО "Концерн "Океанприбор" ACTIVE HYDROLOCATOR
US11016185B1 (en) * 2012-03-21 2021-05-25 Hadal, Inc. Systems and methods for bi-static or multi-static holographic navigation
RU2724315C1 (en) * 2019-02-12 2020-06-22 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of passive determination of coordinates of moving weak radiation source
US20220350021A1 (en) * 2019-03-06 2022-11-03 University Of New Hampshire End-fire synthetic aperture sonar
RU2715409C1 (en) * 2019-04-01 2020-02-27 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of determining current coordinates of a target in bistatic sonar mode
RU2751999C1 (en) * 2020-08-24 2021-07-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий" Method for semiactive-passive bistatic determination of location of target

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4321601A (en) Three dimensional, azimuth-correcting mapping radar
US20090257312A1 (en) Autonomous Sonar System and Method
US20110038230A1 (en) Underwater acoustic positioning system
US5615175A (en) Passive direction finding device
RU2469346C1 (en) Method of positioning underwater objects
US7362655B1 (en) Time-synchronous acoustic signal ranging system and method
GB2525757A (en) Underwater detection apparatus, underwater detection method and underwater detection program
Kelner et al. Reserve navigation system for ships based on coastal radio beacons
WO2007127271A2 (en) 3-d sonar system
US11953580B2 (en) Over the horizon radar (OTH) system and method
RU2275649C2 (en) Method and passive radar for determination of location of radio-frequency radiation sources
RU2653956C1 (en) Method of determination of present position data in the bistatic mode of hydrospace detection
RU2303275C2 (en) Method for determination of co-ordinates of submerged objects
RU2830066C1 (en) Method of determining coordinates and parameters of movement of underwater objects during multistatic sonar
Wielgo et al. Doppler only localization in GSM-based passive radar
Wen-Long et al. Target bearing estimation for ship-borne HFSWR using Doppler effect and very small antenna array
Fabrizio Geolocation of HF skywave radar signals using multipath in an unknown ionosphere
RU2715409C1 (en) Method of determining current coordinates of a target in bistatic sonar mode
CN109001739A (en) Underwater Navigation method
RU2729459C1 (en) Method of determining spatial coordinates and speeds of objects using a scanning multiposition radio system
RU38509U1 (en) SYSTEM OF MULTIPOSITIONAL DETERMINATION OF COORDINATES OF COUNTERBORNE OBJECTS BY RADIATION OF THEIR RADAR STATIONS
RU2689770C1 (en) Method of identifying position measurements and determining the location of aerial targets in a spatially distributed radio navigation system in a multi-target environment
JP2861803B2 (en) Signal detection method
Zhang et al. The positioning accuracy analysis of mobile multi-base sonar range information based on clusters of UUVs
RU2810106C2 (en) Method for determining coordinates of objects generating noise at sea