Метод локализации источника широкополосного шумового сигнала горизонтальной линейной антенной в зоне Френеля вблизи границы «вода-воздух»

   Рассмотрены способы приема широкополосного шумового сигнала горизонтальной линейной протяженной антенной в зоне Френеля вблизи границы среды (поверхности), позволяющие одновременно с обнаружением определять направление, расстояние до источника и глубину его погружения. Исследовано явление, возникающее при нахождении источника и приемника сигнала вблизи границы среды вода-воздух, когда от источника к приемнику приходят два луча
(прямой и отраженный от поверхности). Оператор компенсации задержек сигнала, приходящего на M приёмников антенны, дает фокусировку приёмной системы в точку предполагаемого расположения источника. При двухлучевом сигнале это может приводить к появлению двух точек фокусировки в пространстве по расстоянию. Показано, что в зависимости от взаимного расположения источника и приемника фокальные пятна могут быть заметно разнесены по расстоянию или практически сливаться. Для первого случая предложен метод расчета глубины погружения источника при известных расстояниях до двух фокальных пятен. Когда фокальные пятна не разделяются, предложен метод консолидированной обработки сигнала, в котором осуществляют дополнительное сканирование временных задержек по возможным запаздываниям сигнала между лучами, при этом задержка единая на всех элементах антенны. Показано, что при получении максимальной мощности сигнала введенное запаздывание будет функционально связано с глубиной погружения источника, что позволяет в предложенном методе осуществлять совместное определение направления, расстояния и глубины погружения источника. Кроме того показано, что метод консолидированной обработки позволяет увеличить мощность принимаемого сигнала в точке максимального отклика до 50 % относительно традиционного алгоритма приема сигнала горизонтальной линейной антенной в зоне Френеля. Исследование проведено методом компьютерного моделирования.

1. Bangs W.J., Schultheiss P.M. Space-time processing for optimal parameter estimation // Proceedings of NATO Advanced Study Institute on Signal Processing. University of Technology, Longhbirough, U.X., Aug.-Sept. 1972.

2. Carter G.C. Variance bounds for passively locating an acoustic source with a symmetric line array // The Journal of the Acoustical Society of America. 1977. Vol. 62. P. 922–926. doi: 10.1121/1.381623

3. Lawrence C. Ng., Bar-Salomon Y. Optimum multisensor, multitarget time delay estimation // NUSC Technical Report. April 1983. Newport, Rhode Island / New London. Connecticut USA. 6757 20.

4. Hassab J., Bousher R. Optimum estimation of time delay by a generalized correlator // IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing. 1979. Vol. 27, N 4. P. 373–380. doi: 10.1109/TASSP.1979.1163269

5. Jean-Pierre Le Cadre. Performance analysis of wavefront curvature methods for range estimation of a moving source // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1995. Vol. 31, N 3. P. 1082–1103. doi: 10.1109/7.395234

6. Schultheiss P.M. Passive sonar detection in the presence of Interference // The Journal of the Acoustical Society of America. 1968. Vol. 43. P. 418–425. doi:10.1121/1.1910847

7. Гампер Л.Е. О точности методов пассивной гидролокации с разнесенными бортовыми антеннами // Гидроакустика. 2009. Вып. 9. С. 34–42.

8. Ki-Man Kim, In-Sic Yang, Seung-Yong Chun, Won-Tchon Oh. Passive-range estimation using dual focused beamformers // IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2002. Vol. 27, N 3. P. 638–641. doi: 10.1109/JOE.2002.1040946

9. Гампер Л.Е. Схемотехника пассивной гидролокации // Гидроакустика. 2013. Вып. 18 (2). С. 31–42.

10. Гампер Л.Е., Ермоленко А.С., Манов К.В. Способ пассивного определения координат источников излучения. Патент RU № 2507531. Опубликовано 20. 02. 2014.

11. Гампер Л.Е., Иванов А.М., Каришнев Н.С. Способ пассивного определения координат движущегося источника излучения. Патент RU № 2623831. Опубликовано 29. 06. 2017.

12. Гампер Л.Е. Пассивная гидролокация источников шумоизлучения с использованием бортовых протяженных фокусирующих приемных систем // Труды XIV Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» ГА-2018. СПб., 2018. С. 40–42.

13. Колмогоров В.С. Методы обработки гидроакустических сигналов, принимаемых в зоне Френеля приемных и излучающих систем : дис. … д-ра техн. наук: 01.04.06 — Акустика. Тихоокеан. океанол. ин-т ДВО РАН. Владивосток, 2010. 270 с.

14. Гусев В.Г. Системы пространственно-временной обработки гидроакустической информации. Л.: Судостроение, 1988. 264 с.

15. Консон А.Д., Волкова А.А. Локализация горизонта нахождения широкополосного сигнала вертикально протяженной линейной антенной // Гидроакустика. 2023 Вып. 56(4). С. 19–28.

16. Гампер Л.Е. Методы пассивной гидролокации в ближней зоне // Информационная гидроакустика / под общ. ред. А.Д. Консона. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ, 2023. С. 118–165.

17. Акустика океана / под ред. акад. Л.М. Бреховских. М.: Наука, 1974. 693 с.

18. Консон А.Д., Волкова А.А. Пространственная избирательность вертикально протяженной линейной антенны в подводном звуковом канале // Гидроакустика. 2023. Вып. 54 (2). С. 80–89.

19. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1956. 608 с..Д. Консона. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ, 2023. С. 118–165.