hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667319040129hydrophysics-56Research ArticleВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫINTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHEREЧисленные модели обнаружения подводных источников звука и оценки дальности действия гидроакустических средств в пассивном режиме с учетом оперативных данных о морской средеNumerical models for detecting underwater sound sources and assessing the range of hydroacoustic means in the passive mode based on operational data on the marine environmentАвиловК. В.AvilovK. V.

Москва

Moscow

СеменовЕ. В.SemenovE. V.

Москва

Moscow

oceanmod@yandex.ruИнститут машиноведения им. А.А. Благонравова РАНРоссияMechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут океанологии им. П.П. Ширшова РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of SciencesRussian Federation201929112021124105111Copyright © Авилов К.В., Семенов Е.В., 20212021Авилов К.В., Семенов Е.В.Avilov K.V., Semenov E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/56

Основными средствами освещения подводной обстановки продолжают оставаться гидроакустические системы, обнаруживающие и оценивающие параметры подводных источников звука. Рассмотрена естественная первичная обработка гидроакустических полей, включающая процедуру согласования со средой и представляющая собой оценку отношения правдоподобия в каждой точке области обзора. Приводится пример реализации естественной обработки на основе лучевой модели по экспериментально зарегистрированным сигналам на горизонтальной протяженной буксируемой антенне, имеющей 48 приёмников и длину около 100 м. При обработке используется вся практически доступная информация о морской среде и помеховой обстановке. Показано, что учет искажения гидроакустических сигналов при их распространении в неоднородной морской среде позволяет существенно увеличить эффективность гидроакустических систем.

Алгоритмы расчёта сигналов, помех, обнаружения и оценки дальности действия гидроакустических систем пассивного режима реализованы в численных моделях. Приведено сравнение традиционной и естественной обработки на примере расчёта для модели линейной антенны из 128 ненаправленных приёмников общей длиной 512 м. Естественная первичная обработка решает триединую задачу обнаружения, классификации и оценки координат. Такая обработка вполне реализуема современными средствами при современном уровне обеспечения гидрофизическими и геоакустическими данными.

Currently application of hydroacoustic systems, which detect and estimate parameters of underwater sources of sound, still remain the main method of underwater state coverage. We consider native basic processing of hydroacoustic fields, including a procedure which takes sea state into account and gives an estimate of signal likelihood ratio in each point of overview area. An example of the implementation of native processing based on ray model for the case of experimentally detected signals on horizontally towed antenna with 48 receivers and a length of 100 meters is given. During processing almost all available information on sea state and distortions is used. It is shown that the effectiveness of hydroacoustic systems may be significantly increased if the distortion of signal in heterogeneous fluid is taken into account.

Algorithms for calculation of signals and distortions, detection and estimation of the range of hydroacoustic systems in passive mode have been implemented in numerical models. A comparison with traditionally used processing method in case of linear antenna model with 128 receivers with a total length of 512 meters is performed. Native basic processing solves the problems of detection, classification and coordinates estimation. Such processing may well be implemented by modern means considering the scope of available hydrophysical and hydroacoustical data.

гидроакустические системыпервичная обработкаобнаружениемоделированиеhydroacoustic systemsbasic processingdetectionmodelingReferencesРытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Часть 1. Случайные процессы. Москва: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1976.Rytov S.M. Introduction to statistical radiophysics. Part 1. Random processes. Glavnaya Redakciya Fiziko-Matematicheskoj Literatury Izd-va “Nauka”, 1976.Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов, прогноз и управление. М.: Мир, 1974. 503 с.Boks Dzh., Dzhenkins G. Time Series Analysis, Forecast and Management. M., Mir, 1974. 503 p.Hodgkiss W.S, Nolte L.W. Covariance between Fourier coefficients representing the time waveforms observed from an array of sensors // J. Acoust. Soc. Am. 1976. V. 59, N 3. P. 582—590.Hodgkiss W., Nolte L. Covariance between Fourier coefficients representing the time waveforms observed from an array of sensors. J. Acoust. Soc. Am. 1978, 59, 3, 589.Kewley D.J., Browning D.G., Carey W.M. Low-frequency wind generated ambient noise source levels // J. Acoust. Soc. Am. V. 88, N 4. P. 1894. DOI: 10.1121/1.400212Kewley D.J., Browning D.G., Carey W.M. Low-frequency wind generated ambient noise source levels. J. Acoust. Soc. Am. 1990, 88, 4, 1894.Полканов К.И., Лоскутова Г.В. Пространственно-частотные и частотно-волновые методы описания и обработки гидроакустических полей. С.-Петербург: Наука, 2007. 280 с.Polkanov K.I., Loskutova G.V. Spatial-frequency and frequency-wave methods for the description and processing of sonar fields. St.-Peterburg, Nauka, 2007. 238 p.Малышкин Г.С. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов. Т. 1. Оптимальные методы СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. 400 с.Malyshkin G.S. Optimal and adaptive methods for processing sonar signals. T. 1. Optimal Methods. OAO “Koncern “CNII “Elektropribor”, 2009. 400 p.Бородин В.В. Качество обнаружения при отсутствии априорного знания о спектральной плотности сигнала // Вопросы судостроения. Серия «Акустика». Вып. 16. ЦНИИ «Румб», 1983.Borodin V.V. Detection quality in the absence of a priori knowledge of the spectral density of the signal. Voprosy Sudostroyeniya, Ser. “Akustika”, vyp. 16, CNII “Rumb”, 1983.Гусев В.Г. Системы пространственно-временной обработки гидроакустической информации. Л.: Судостроение, 1988.Gusev V.G. Space-time processing systems for hydroacoustic information. Leningrad, Sudostroyeniye, 1988.Малышкин Г.С., Холостов М.В. Оптимальное обнаружение пространственно-временных гидроакустических сигналов. Ленинград: Институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов судостроительной промышленности, 1990.Malyshkin G.S., Holostov M.V. Optimal detection of spatio-temporal sonar signals. Leningrad, Institut Povysheniya Kvalifikacii Rukovodyashchih Rabotnikov i Specialistov Sudostroitel’noj Promyshlennosti, 1990.Авилов К.В. Современные численные модели звуковых полей в океане и их приложение к решению практических задач гидроакустики // Труды VIII Международной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2006. 549 с.Avilov K.V. Modern numerical models of sound fields in the ocean and their application to solving practical problems of hydroacoustics. IMASH RAN, Moskva, Trudy VIII Mezhdunarodnoj Konferencii Prikladnye tekhnologii gidroakustiki i gidrofiziki. St.-Petersburg, Nauka, 2006. 549 p.Авилов К.В. О численных оценках уровней акустических полей широкополосных источников в морской среде волновым и лучевым методами // Доклады ХII школы-семинара им. акад. Л.М. Бреховских, совмещённой с XXI сессией Российского Акустического Общества: М.: ГЕОС, 2009, 486 с.Avilov K.V. On numerical estimates of the levels of the acoustic fields of broadband sources in the marine environment by wave and beam methods. Doklady XII Shkoly-Seminara im. akad. L.M.Brekhovskykh. Moskva, Geos, 2009. 486 p.Авилов К.В., Волженский М.Н., Глазов Ю.Е. Необходимость учета передаточной функции морской среды при обнаружении шумовых гидроакустических сигналов // Труды IX Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2008. 730 с.Avilov K.V., Volzhenskij M.N., Glazov Yu.E. The need to take into account the transfer function of the marine environment when detecting noise hydroacoustic signals. Trudy IX Vserossijskoj Konferencii “Prikladniye Tekhnologii Gidroakustiki i Gidrofiziki”. SPb., Nauka, 2008. 730 p.Авилов К.В., Волженский М.Н., Глазов Ю.Е. Численные модели гидроакустических сигналов и помех и естественная первичная обработка гидроакустических полей // Труды X Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2010. 478 с.Avilov K.V., Volzhenskij M.N., Glazov Yu.E. Numerical models of hydroacoustic signals and interference and natural primary processing of hydroacoustic fields. Trudy X Vserossijskoj Konferencii “Prikladnye Tekhnologii Gidroakustiki i Gidrofiziki”. St.-Petersburg, Nauka, 2010. 478 p.Богданович В.А., Вострецов А.Г. Теория устойчивого обнаружения, различения и оценивания сигналов. 2-е изд., испр. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 320 с.Bogdanovich V.A., Vostrecov A.G. The theory of sustainable detection, discrimination and signal estimation. 2-nd edition, rev. Moskva, FIZMATLIT, 2004. 320 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.