Методы обработки гидроакустических сигналов, принимаемых в зоне Френеля приемных и излучающих систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

11а правах рукописи

Колмогоров Владимир Степанович

МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, ПРИНИМАЕМЫХ В ЗОНЕ Ф'РЕНЕЛЯ ПРИЕМНЫХ И ИЗЛУЧАЮЩИХ

СИСТЕМ

Специальность 01.04.06 - Акустика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

003492807

Владивосток - 2010

003492807

Работа выполнена в Тихоокеанском военно-морском институте им. С.О.Макарова.

Научный консультант: доктор технических наук,

профессор Долгих В.Н.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Касаткин Б.А.

доктор физико-математических наук, профессор Короченцев В.И.

доктор технических наук, доцент Малый В.В.

Ведущая организация: ОАО концерн «Океанприбор»

г. Санкт-Петербург

Защита состоится 23 апреля 2010 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 005.017.01 в Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичева ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакоми ться в библиотеке ТОЙ ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43, ТОЙ ДВО РАН.

Автореферат разослан «//>> февраля 2010 года.

Ученый секретарь диссертационног о совета доктор технических наук, профессор

В.И. Коренбаум

Общан характеристика работы

Актуальность проблемы. Одно из направлений океанологических исследований — создание новых технических средств освоения океана. К таким средствам можно отнести антенны с большими апертурами и многопозиционными антенными устройствами. Увеличение апертуры приемной антенны позволяет увеличить дальность действия и направленность гидроакустического средства (ГАС) и, как следствие, улучшить качество исследований. Но при увеличении апертуры приемной антенны увеличивается и её зона Френеля.

Зона Френеля излучающей системы, как показали теоретические и экспериментальные исследования, за счет переотражений излученного сигнала от поверхности моря и дна, а также за счет рефракционных явлений может увеличиться многократно. Фронт волны принимаемого сигнала в таких условиях излучения можно считать плоским но апертуре приемной антенны только с определенной степенью условности.

Следует отметить, что шумы дальнего судоходства, биошумы, шумы техногенного происхождения и др. по статистическим характеристикам схожи с источниками полезного сигнала. В этих условиях отличительным признаком между помехой дальнего поля и сигналом может быть кривизна фронта волны, степень кривизны которой определяется размерами зоны Френеля.

Помехи ближнего поля могут также находиться в зоне Френеля акустической приемной антенны. К таким помехам следует отнести виброакустическую и гидродинамическую помехи, которые носят распределенный в пространстве характер и не могут быть подавлены традиционно за счет направленных свойств антенны. Поэтому задачей оптимальной обработки является подавление и компенсация помех, источники которых расположены также и в зоне Френеля.

Освоение Мирового океана не возможно без создания подводных объектов, в том числе движущихся. Огромный опыт эксплуатации движущихся подводных объектов (ПО) накоплен в военно-морском флоте при плавании подводных лодок (Ш1). Анализ столкновений ПЛ. находящихся в подводном положении, показал, что при малых расстояниях между ПЛ и морской целью они находятся в зонах Френеля излучающих корпусов кораблей и антенных систем обнаружителей, что приводит к необнаружению друг друга, поскольку приемные антенны ГАС сфокусированы на прием плоского фронта волны. Это служит причиной столкновений ПЛ с морскими целями. Столкновение английской и французской атомных подводных лодок 4 февраля 2009 г. в Атлантическом океане, а также ряд столкновений американских подводных лодок с морскими целями. К примеру, столкновение всплывающей ПЛ в феврале 2001 года с японским учебным судном, которое погибло в результате столкновения, подтверждает, что данная проблема не решена и в государствах стран НАТО.

Эта проблема, кроме всего прочего, имеет и экологический оттенок, в связи с наличием на борту подводных лодок ядерных реакторов и ядерного вооружения. При столкновении ПО с танкерами и судами, имеющими на борту экологически опасные грузы в виде нефтепродуктов к ядовитых веществ, также возникает возможность загрязнения морей и океанов. Поэтому актуальность работы обусло^ле-

з '■■!>

на не только обеспечением качества океанологических исследований и безопасности плавания ПО, но и решением задач экологической безопасности морей и океанов.

В связи с этим возникла необходимость разработки методов обработки сигналов и помех, находящихся в зоне Френеля излучающих и приемных систем, поскольку методы обработки сигналов, обоснованные применительно к условиям формирования поля сигнала и помех в дальней зоне (Фраунгофера) по апертуре развернутой антенной решетки, как показала практика, зачастую не позволяют решать задачи освещения ближней обстановки ПО и обнаружения и пеленгования целей в реальных условиях морского волновода.

Цель работы - обосновать методы обработки гидроакустических сигналов, принимаемых в зоне Френеля приемных и излучающих систем в интересах повышения помехоустойчивости и пространственной разрешающей способности ГАС.

Задами исследований:

- анализ результатов экспериментальных исследований физических явлений, возникающих при излучении высокочастотного (ВЧ) сигнала в зоне Френеля пространственно развернутых антенных решеток;

- разработка физической модели возникновения амплитудной модуляции с повышенным индексом при взаимодействии низкочастотного (НЧ) и ВЧ сигналов в водной среде;

- обоснование возможности повышения помехоустойчивости ГАС и сужения характеристики направленности (ХН) при излучении ВЧ сигнала в зоне Френеля пространственно развернутых антенных решеток;

- обоснование метода гетеродинной обработки гидроакустических сигналов;

- обоснование метода освещения надводной обстановки с погруженного ПО при наличии слоя скачка;

- обоснование метода обнаружения морских целей в условиях мелкого моря при развитой структуре интерференционного акустического поля.

- обоснование возможности компенсации и подавления распределенных в пространстве помех, которые расположены в ближней зоне.

- разработка предложений по использованию методов обработки гидроакустических сигналов для обеспечения безопасности плавания ПО.

Методы исследований.

Основными методами для решения поставленных задач явились экспериментальные и теоретические методы гидроакустики с использованием численного и имитационного моделирования. Работа базируется на обширном экспериментальном материале, полученном в период с 1985 по 2009 гг. Кроме экспериментальных исследований, проведенных в различных районах Тихого океана, исследования проводились в мелководных районах с глубинами до 20 м и гидроакустическом бассейне.

Научная новизна:

1. Обоснована физическая модель возникновения амплитудной модуляции с повышенным индексом при взаимодействии ВЧ и НЧ сигналов в водной среде.

2. Разработан метод гетеродинной обработки сигнала в многоэлементной цилиндрической антенне ГЛС.

3. Обоснована возможность поиска кривизны фронта волны широкополосного сигнала при пассивном лоцировании пространства.

4. Предложен метод освещения надводной обстановки с погруженного ПО в условиях наличия слоя скачка скорости звука при использовании реверберацион-ной приемной параметрической антенны (РППА).

5. Обоснована возможность повышения помехоустойчивости ГАС при излучении ВЧ сигнала в непосредственной близости от акустической антенны ГАС.

6. Разработан метод освещения обстановки в условиях мелкого моря по регистрации изменения интерференционной картины акустического поля с использованием принципов адаптивной фильтрации.

7. Обоснована возможность адаптивной компенсации виброакустической помехи ГАС на основе использования амплитудной модуляции при формировании эталона распределенной виброакустической помехи, формируемой в зоне Френеля приемной антенны.

Разработанные методы имеют подтверждения новизны в виде авторских свидетельств и патентов на изобретения и полезные модели, а также программу для ЭВМ.

Практическая значимост ь работы.

Работа показывает пути модернизации ГАС с целью решения задач обнаружения морских объектов в зоне Френеля. Разработанные предложения целесообразно использовать при обеспечении безопасности плавания ПО в сложных гидроакустических условиях, включающих в себя наличие: слоя скачка; повышенной гидродинамической помехи; затененных секторов обзора ГАС; развитой структуры интерференционного акустического поля, характерной для условий мелкого моря и т.п.

Апробации работы. Основные результаты исследований, составившие содержание диссертационной работы, обсуждались на Межведомственном координационном научно-техническом совете по нелинейной акустике (1987); Межведомственном научно-техническом семинаре в научно-исследовательском институте радиоэлектронного вооружения ВМФ (1989); VII Дальневосточной научно-технической конференции по судовой радиоэлектронике (1994); Российской гидроакустической конференции, Владивосток, ТОВВМУ (1996); 6-й Всероссийской акустической конференции (с международным участием), Владивосток ДВГТУ (1998); Всесоюзных и Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях ТОВМИ им. С.О. Макарова (1988-2008); Межвузовской НТК, посвященной 100-летию со дня рождения В.Н. Тюлина (1992); сборах руководящего состава РТС ТОФ (1987,1990, 2001, 2007), Научно-техническом совете в/ч 90720 (1987,1989,1991-1994,2001 г.г.); НТС в ТОЙ ДВО РАН (1995, 2009);; 6-й Международной НТК «Проблемы открытого образования», ДВГТУ (2007); 2-й Международной НТК «Проблемы транспорта Дальнего Востока», ДВМА (1997); 11-й и 19-й сессияхРоссийского акустического общества; НТС в Комитете по гидрофизике РАН, НИЦ РЭВ ВМФ, Военно-морской академии (2008); 3-й Всероссийской

НТК «Технические средства освоения Мирового океана» (Институт проблем морских технологий ДВО РАИ 2009)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 62 печатная работа, из них по перечню ВАК (июль 2008 г.) рекомендованных для докторских диссертаций 8 статей, две монографии; получен: один патент на изобретение; два авторских свидетельства на изобретение, одно авторское свидетельство на полезную модель; два патента на полезную модель; одно авторское свидетельство на программу для ЭВМ; часть материалов диссертации вошли в учебник «Гидроакустические измерения», допущенный в качестве учебника для военно-морских учебных заведений Главнокомандующим ВМФ РФ. Материалы диссертации внедрены в 24 НИР, в двенадцати из которых автор был научным руководителем.

Личный вклад автора: 53 статьи, в том числе статьи, рекомендованные ВАК для публикации докторских диссертаций, написаны лично автором, из них 16 статей без соавторов. В совместных публикациях автору принадлежит постановка задачи, выбор методов анализа и интерпретации экспериментальных результатов и результатов численного и имитационного моделирования, теоретическое обоснование физических моделей. Автор разрабатывал и принимал участие в изготовлении макетов ГАС, трактов обработки и анализа, им предложены и обоснованы выносимые на защиту технические решения. Автор, будучи руководителем испытательных групп в морских экспедициях и научным руководителем НИР, разрабатывал методики проведения экспериментальных исследований и принимал в них непосредственное участие. Научные положения, вошедшие в диссертацию, получены лично автором. ;

Обоснованность и достоверность научных разработок и полученных результатов диссертации подтверждаются результатами физического и имитационного моделирования механизмов взаимодействия сигналов хорошо апробированного математического аппарата, техническими решениями, защищенными авторскими свидетельствами и патентами на полезные модели, изобретения и программой на ЭВМ, а также протоколами межведомственных комиссий и межведомственных рабочих групп по результатам натурных морских экспериментов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод гетеродинной обработки сигнала в многоэлементной цилиндрической антенне ГАС.

2. Физическая модель возникновения амплитудной модуляции при рассеянии ВЧ сигнала на колеблющейся поверхности, расположенной в зоне Френеля.

3. Метод компенсации виброакустической помехи ГАС на основе формирования эталона помехи в зоне Френеля.

4. Метод освещения ближней обстановки по регистрации изменения интерференционной картины акустического поля.

5. Метод освещения надводной обстановки с погруженного ПО при использовании приемной антенны реверберационного типа.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 168 источников, приложения. Диссертационная работа изложена на 270 страницах, включая 133 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и научная задача работы, отмечена новизна полученных результатов и кратко изложено содержание диссертации. Указаны положения, выносимые на защиту.

Отмечено, что в середине 1980-х годов в ходе проведения экспериментальных исследований, в том числе и в составе межведомственных комиссий, был отмечен ряд эффектов, в частности в случае излучения высокочастотного (ВЧ) сигнала малой интенсивности (20-50 Па) в непосредственной близости от приемной антенны повышается эффективность обнаружения сигнала (сужается характеристика направленности (ХН) гидроакустического средства (ГАС) и повышается его помехоустойчивость). Но объяснений физических явлений и эффектов, возникающих при излучении ВЧ сигнала в зоне Френеля пространственно развернутых антенных решеток, на основе существующих представлений в гидроакустике предложено не было.

В главе I «Проблема обнаружения целей в зоне Френеля» показано, что при сближении с целыо в зоне Френеля из-за сложного амплитудно-фазового распределения по апертуре приемной антенны происходит развал ХН ГАС и, как следствие, развал отметки от цели на индикаторе ГАС. При многолучевом распространении сигнала от цели зона Френеля многократно увеличивается, что приводит к усложнению пространственно-временного поля от морской цели. Наличие слоя скачка скорости звука в морской среде усложняет освещение надводной обстановки штатными средствами ПО, что может привести к столкновению при всплытии ПО. В подразделе 1.1 рассмотрены столкновения подводных лодок с морскими целями. Показано, что столкновения обусловлены в основном из-за не обнаружения морских целей гидроакустическими средствами. В подразделе 1.2 рассмотрено акустическое поле морского объекта в зоне Френеля. Акустическое поле шумоизлучения корабля следует рассматривать как суперпозицию акустических полей излучателей простых форм, к которым можно отнести акустические поля прямоугольного, круглого и цилиндрического излучателей. Гидроакустическое поле излучателей простых форм описано интегралом Гюйгенса - Рэлея. Распределение фазовой структуры акустического поля сектора цилиндрического излучателя, моделирующего корпус морской цели, можно рассчитать по формуле:

ь 2 /£>1 з1|[к-[/(г- »¡«тЬгГ-Кг- 5Мф)-К- Ъ1ф))2 + (г- со<у) • со:(0))2-К- со40)]| ■ со:(0)д0д/.

2 -61 к• ^(г■ $Щу)-2? + (г- 5н(ф) - Я- 5П{0))2 + (г- соф) • со<9))2

И г— 2 Г01 со|к- [¡(г- .иг(;г) +(г ■ внЩ)2 + (г- Шу) ■ со-Щ)2 - Я- со^О)! ■ си;{0)(!0с12

■ 2 -01 к"1(г-&1:(у)-/)2 + (г- БЫф) -Я- г,¡ОД)2 + (г ■ соф) • со;(0))2

где Ь - высота цилиндрического излучателя; , Я - угол и радиус сектора цилиндрического излучателя; к- волновое число; г —расстояние до точки пространства.

Результаты расчетов фазовой структуры акустических полей для цилиндрического излучателя в соответствии с выражением (1) показаны на рис. 1 г.

Рис. 1. Распределение амплитуды звукового давления круглого (а), сектора цилиндрического (б), прямоугольного поршневого излучатели (в) с расстоянием в зоне Френеля, фазовая структура акусгического ноля (г) для сектора цилиндрического поршневого излучателя

На рис. ] а, б, в представлены результаты численного моделирования амплитудного распределения звукового давления в ближних зонах гидроакустических излучателей различной формы. Использование специфики акустического поля излучателей различной формы можно использовать дня решения поставленных в работе задач. На рис. 2 показаны расчеты отклика 11- элементной эквидистантной антенны в виде ХН в однородной безграничной среде при приближении источника тонального сигнала в виде цилиндрического излучателя, имитирующего морскую цель к многоэлементной антенне.

Щ6>)

Щ0)

Щ0)

Щ0)

г) Дистанция 200 м

180 в, град

0

180 0, град

Рис. 2. Расчет характеристики направленности антенны ГАС на различных расстояниях от поршневого сектора цилиндрического излучателя

Как видно из рис. 2, при сближении с целью происходит развал ХН. Пространственно-временной сигнал от цели на выходе ГАС можно представить как

N N го,,

¿(Л®, г) = £ 5(0 я„.(®)+ X 5(/)|»,(/,г) + ЛГ(0 + X + +

/=1 (=1 л>=0

+Как]{г)8 {п>к ± «>,.)].

где //,..(«) = ]Г ЯД о;), Щ&) = К^г) ехрО'аг^; Щг) - коэффициент передачи

канала, определяющий уровень сигнала на данном расстоянии и на данной частоте; Г/ - задержка / -го луча в канале; /и,- (1,г) - коэффициент нелинейных искажений в 1-м луче; аддитивная помеха; Ктц(г) — коэффициент, учитывающий уровень взаимодействия /с-и и /-и спектральных составляющих шумоизлучения морской цели.

Сигнал Б(1,со, /^относится к случайным процессам с быстро изменяющимся в зоне Френеля пространственно-временным спектром. Поэтому необходима разработка новых технических решений, основанных на надежном и быстром принятии решения в условиях сближения с целью в зоне Френеля.

В главе 2 «Помехоустойчивость ГАС н пространственно-временное гидроакустическое поле» рассмотрены пространственно-временные представления гидроакустического поля. В подразделе 2.1 показано влияние амплитудно-фазового распределения по апертуре антенны на помехоустойчивость. В подразделе 2,2 рассмотрена помехоустойчивость ГАС, как представление пространственно-корреляционных связей сигнала и помехи. В подразделе 2.3 рассмотрены спектральные представления пространственно-временного поля. Приведена схема преобразований Фурье в пространственно-временном и частотном поле пространственно-временного сигнала с использованием пространственно-временных спектров, ядром которых является пространственно-временная корреляционная функция. Показано, что на степень корреляции сигнала и помехи, и как следствие, на помехоустойчивость, большое влияние оказывает многолуче-вость распространения сигналов и помех в морской среде. В подразделе 2.4 рассмотрены корреляционные свойства помех. Как показал анализ, основной вклад в уровень шумов моря в НЧ диапазоне вносят шумы дальнего судоходства, которые являются коррелированной помехой. Повышение помехоустойчивости в этом случае возможно только за счет согласованного, в пространственно-временном смысле, приема сигнала и разделения сигнала и коррелированной помехи по кривизне фронта волны. В подразделе 2.5 рассмотрены взаимные корреляционные свойства гидроакустических сигналов.

Рис. 3. Схема расчета коэффициента пространственной корреляции при 3-лучевом распространении сигнала от шумя щей цели на два приемника (времена задержек составляли: 1-й - 0,5 с; 2-й - 0,3 с; 3-й - 0 с; 4-н - 0 с)

Спсюры многолучевого шумдвого сигнала

Показано, что в случае полной компенсации разности времени распространения сигналов по лучам коэффициент взаимной корреляции имеет максимальные значения. Результаты моделирования при многолучевом распространении шумового сигнала представлены на рис. 3. Результаты моделирования показали, что при наличии задержек между лучами пространственный коэффициент корреляции падает с единицы (когда все линии задержки равны нулю) до 0,3 (когда линии задержки не равны нулю).

Сделан вывод, что максимизация помехоустойчивости происходит в случае, когда амплитудные и фазовые пространственно-временные спектры сигнала согласованы с апертурной функцией антенны, что предполагает согласованность фазового фронта волны сигнала с кривизной базы антенны.

В главе 3 «Анализ результатов экспериментальных исследований физических явлений, возникающих при излучении ВЧ сигнала в зоне Френеля пространственно развернутых антенных решеток» указано, что для исследования этих явлений была изготовлена специальная приставка, в состав которой входил набор полосовых фильтров, амплитудный детектор и балансный смеситель. Возможные механизмы гетеродинирования НЧ сигнала за счет взаимодействия с ВЧ сигналом при ненаправленном излучении ВЧ сигнала в непосредственной близости от приемной многоэлементной антенны показаны на рис. 4.

Рис. 4. Возможные механизмы гетеродинирования сигнала при ненаправленном излучении высокочастотного сигнала в непосредственной близости от приемной мпогоэлементной антенны ГАС

Анализ позволил оценить возможность использования этих результатов в целях разработки гетеродинных методов освещения ближней обстановки ПО для обеспечения безопасности плавания ПО от столкновений с морскими целями.

В подразделе 3.1 раскрыт принцип гетеродинной обработки в многоэлементной цилиндрической антенне, заключающийся в преобразовании сигнала в частотной области (его гетеродинировании) в каждом канале; поканальном сдвиге сигнала во временной области за счет подачи его на частотно зависимые линии задержки и суммировании прогетеродинированных и сдвинутых по фазе сигналов. Это позволяет производить изменение амплитуды и фазы на выходе отдельного канала ГАС и в общем случае производить изменение амплитудно-фазового распределения сигнала на входе устройства формирования ХН, что приводит к изменению отклика антенны.

В подразделе 3.2 произведено численное моделирование отклика многоэлементной цилиндрической антенны. Поскольку за счет гетеродиннрования полезного сигнала в ВЧ-область происходит перемножение ВЧ и НЧ сигналов, ХН будет определятся как:

, (3)

1=1

где 5Я1/.(/,0) = Анч уровень низкочастотного полезного сигна-

ла; (0 = А1

¡[0,(1-1 2()] .

уровень ВЧ сигнала гетеродина; N - количество

приемников в рабочем секторе антенны; Ц—х^с ; ^ - времена за-

держки в водной среде и в линиях задержки соответственно.

90 в, град

-90 0 90 -90 0 90 в, град

в) г)

Рис. 5. XII многоэлсмеитиой цилиндрической амтениы бет гетеродинной обработки (а) и с гетеродинной обработкой (б, в, г).

Расчеты ХН согласно выражению (3), произведенные при численном моделировании цилиндрической антенны с количеством приемников, равном 24, в рабочем секторе 120°, показаны на рис. 5. Численные расчеты, произведенные на ЭВМ, показали, что ХН приемной антенны будут зависеть от фазового распределения на комбинационной частоте на выходе сумматора приемной антенны. Фазовое распределение будет происходить за счет неидентичности задержек сигналов в каждом канале. Как видно из рис. 5, гетеродинирование сигнала на частоту ^ВЧ~ кГц ведет к уширенто ХН приемной антенны, гетеродинирование в об-

ласть 15 кГц приводит к такому фазовому распределению, которое сужает

основной максимум ХН.

В подразделе 3.3 произведен анализ результатов экспериментальных исследований в морских условиях. В 3.3.1 приведена общая методика экспериментальных исследований. Районы испытаний располагались в основных регионах Тихого океана с различными гидроакустическими характеристиками. Кроме экспериментальных исследований, проведенных в различных районах Японского и Охотского морей и северо-западной части Тихого океана, исследования проводились в мелководных районах с глубинами до 20 м и гидроакустическом бассейне, который представлял из себя обесшумленнуто емкость глубиной 6 м. Эксперименты проводились как в летнее, так и в зимнее время с различной степенью волнения и различными гидрологическими характеристиками. Натурные эксперименты предварялись исследованиями аппаратуры на нелинейность и проверкой технического состояния аппаратуры; в 3.3.2 показана возможность повышения индекса амплитудной модуляции при гетеродинировании сигнала в тракте обработки и в водной среде; в 3.3.3 приведены результаты проверки электронной аппаратуры макетов, на которых был произведен ряд экспериментов. В 3.3.4 представлены экспериментальные исследования в натурных морских условиях. Экспериментальные исследования проводились как на штатных гидроакустических средствах, так и с помощью специально изготовленных макетов ГАС. На рис. 6 представлена структурная схема макета многоэлементной антенны ГАС при подаче ВЧ сигнала непосредственно в тракт обработки, в котором предполагалось его гетеродинирова-ние на специально изготовленных модуляторах.

Излучятел!. НЧ сигнала

Прмшмим антенна

Самопнсеи уровни

Рис. 6, Структурная схема макета многозлементной ГАС при экспериментальном исследовании отклика антенны с подачей ВЧ сигнала в тракт обработки:

I - коммутатор выбора каналов; 2 - пятиканальный усилитель; 3 - коммутатор выбора режима; 4 - пятиканальный модулятор; ЛЗ - лит« задержи

На рис. 7 представлены экспериментально полученные в натурных условиях ХН макета цилиндрической многоэлемеитной антенны в штатном (рис. 7 а) и гетеродинном (рис. 7 б, в) режимах работы.

Рис. 7. Отклик макет цилиндрической антенны при работе о режимах без гетеродинирования (а) и гетеродинном (б, в)

Как видно из рис. 7, при подаче ВЧ сигнала в факт обработки при перемножении его с НЧ сигналом возможно получение ХН с более узким основным максимумом, чем в штатном режиме. Как показали исследования, возможно формирование и глубоких минимумов (рис. 7 б), но возможен и развал ХН на определенных комбинационных частотах в зависимости от частоты ВЧ сигнала. Экспериментальные исследования, произведенные с использованием макета многоэлементной цилиндрической антенны, подтвердили численные расчеты и показали возможность формирования ХН определенной формы при взаимодействии НЧ и ВЧ сигналов в тракте обработки. В 3.3.5 представлены экспериментальные исследования, проведенные в морских условиях, которые показали, что излучение ВЧ сигнала в непосредственной близости от приемной антенны дает положительный эффект, который выражается в сужении ХН и в повышении помехоустойчивости, по сравненшо со штатным режимом работы ГАС. Так, на рис. 8 представлены ХН ГАС по тональному источнику сигнала частотой Б = 625 Гц в режиме без гетеро-динирования (рис. 8 а) и с гетеродинированием (рис. 8 б, в, г).

в морских условник на различных курсовых углах (ширина главного максимума измерена на уровне -3 дБ) без гетеродинной обработки (а) и с гетеродинной обработкой (б, в, г) па различных курсовых углах

Из рис. 8 следует, что вид ХН различен на различных курсовых углах сигнала, т.е. при различных уровнях прямого ВЧ сигнала (из-за нестационарное™ накачки по курсовому углу). При наблюдаемом сужении ХН выигрыша в отношении сигнал/помеха не получено, что свидетельствует о том, что формирование ХН происходило либо за счет амплитудно-фазового распределения, либо за счет перевода сумматора в режим перемножителя.

В подразделе 3.4 указано, что при проведении отдельных экспериментов в натурных условиях наблюдалось подавление электрических наводок (рис. 9 б), которые при проведении данных экспериментов имели значительный уровень

Рис. 9. Спектры с выхода ГАС в штатном (без пядачн ВЧ сигнала) (а) и гетеродинном режимах при компенсации электрической помехи (6)

При этом в схему обработки был включен фазовращатель, который совместно с генератором НЧ сигнала располагался в рубке ГАС. В рубке располагался; также трансформатор, который создавал наводку от сети питания 50 Гц (см. рис. 9 а). В подразделе 3.5 рассмотрено формирование отклика линейной эквидистант-1 ной антенны. При гетеродинной обработке в этом случае будет происходить смещение направления на цель от истинного на величину (1 ±0/со), что подтверди-, ли численные расчеты. Это позволяет разрешать сигналы с разной частотой, т.е. разрешение сигналов будет происходить не за счет пространственной, а за счет частотной избирательности антенны. В связи с этим приходящие с одного направления, но с разными частотами сигналы будут представлены на индикаторе, ГАС как два отдельных отклика на углах ((\ — /(.С^) и (р^ - /(С22). В подразделе 5.6. показано, что при излучении ВЧ сигнала в непосредственной близости от! приемной антенны возможно взаимодействие НЧ и ВЧ сигналов и в одноканаль-ной части тракта обработки (сумматор, основной усилитель и т.д.). Такая ситуация означает, что вместо аддитивной обработки происходит переход ГАС в мультипликативный режим.

-90° 0 90° -90" 0 90°

Рис. 10. Расчет отклика семиэлементиой цилиндрической антенны при адаптивной (а) и мультипликативной (б) обработке сигнала

Как покачали расчеты ХН, представленной на рис. 10, при переводе ГАС из аддитивного (рис. 10 а) в мультипликативный (рис. 10 б) режим обработки сигнала, происходит сужение ХН.

На рис. 11 представлены измеренные характеристики направленности ГАС в штатном режиме.

360° О" 360" д ,град

Рис. 11. Характеристики направленности Г'АС с многоэлементной антенной в штатном (без подачи ВЧ сигнала в тракт обработки) режиме на частоте НЧ сигнала 1Д кГц)

Как показали экспериментальные исследования, сужение ХН, по сравнению I со штатным режимом ГАС, может происходить как при подаче ВЧ сигнала определенного уровня в водную среду, так и в тракт обработки. При тщательном подборе угла противофазного напряжения, подаваемого на предварительные усили-[ тели, как это производилось в эксперименте, можно добиться формирования ' обуженного отклика многоэлементной антенны без дополнительных лепестков, как это показано на рис. 12.

0° 360° 0° в , град

Рис. 12. Формирование отклика многоэлементной цилиндрической антенны на частоте Рс= 1,2кГц К„= 20 кГц при оптимальном угле подачи противофазного напряжения

В подразделе 3.7 показано, что в случае нелинейной обработки в одноканаль-иой части может произойти увеличение отношения сигнал/помеха за счет отбеливания помехи и согласования ширины спектра полезного сигнала и полосы фильтра нижних частот. В подразделе. 3.8 отмечено, что при проведении экспериментов с подачей ВЧ сигнала в водную среду на приемную антенну поступал как прямой ВЧ сигнал - при распространении из центра антенны, так и рассеянный от неоднородностей водной среды. При рассеянии от неоднородностей водной среды возможно формирование реверберационной параметрической приемной антенны (РППА). В 3.8.1 и 3.8.2 указано, что отличительной особенностью РП11А от приемной параметрической антенны (ППА) является формирование базы взаимодействия полезного сигнала и сигнала накачки с использованием ревер-берационного сигнала накачки при расположении излучателя накачки и приемных преобразователей в непосредственной близости друг от друга. В ряде работ рассмотрены механизмы взаимодействия сигналов при нелинейном рассеянии от

колеблющейся поверхности, которые объясняют возникновение угловой модуляции в РППА. Вместе с тем экспериментальные исследования, проведенные с РППА, показывают наличие на её выходе существенной амплитудной модуляции, индекс которой многократно превышает индекс угловой модуляции. В 3.8.3 рассмотрена физическая модель возникновения амплитудной модуляции на выходе РППА, которая основывается на анализе рассеянного на неоднородностях морской среды высокочастотного (ВЧ) сигнала накачки расположенного в зоне Френеля ВЧ излучателя накачки.

Если в точке с градиентом перепадов давления ВЧ сигнала от излучателя будут существовать рассеивающие слои, обеспечивающие реверберационный сигнал накачки, то будут происходить и изменения амплитуд звукового поля на приемнике. Из рис. 13 видно, что если рассеивающий слой под действием внешнего акустического давления сместится на расстояние Лг, то пропорционально этому смещению изменится и амплитуда создаваемого излучателем в месте расположения приемника акустического давления Ар(Аг). При низкочастотных колебаниях рассеивателей морской среды, вызванных звуковым давлением полезного сигнала, возникает амплитудная модуляция переотраженного от него высокочастотного сигнала. В качестве модулирующей функции будет выступать функция изменения расстояния между рассеивающим слоем, расположенным в зоне Френеля излучателя и приемником.

Рис. 13. К пояснению механизма возникновения амплитудной модуляции прн реализации приемной параметрической антенны реверберационного типа

В рассмотренном механизме возникновения амплитудной модуляции возможно повышение индекса модуляции на выходе приемника за счет снижения уровня несущей при сложении лромодулированного и смодулированного ВЧ сигнала в противофазе на приемном элементе. В отличие от частотно и фазомодулирован-ного сигнала эта возможность имеется у амплитудно-модулированного сигнала, что подтвердили модельные эксперименты.

Экспериментальные исследования с макетами ГАС одноканальной (рис. 14 а) и многоканальной РППА показали, что при определенных условиях при излучении накачки в водную среду наблюдается аномально высокий индекс амплитудной модуляции. Как видно из рис. 14 б уровень модуляции при экспериментах мог составлять 30 - 40%. При подаче накачки в тракт обработки уровень модуляции

был меньше и определялся степенью модуляции предварительных усилителей, который не превышал 5%.

О 20

а) 6) И,.кГц

Рис. 14. Макет опускаемой приемной параметрической антенны реверберациоиного типа (а) и экспериментально полученный спектр шумового сигнала морского судна при излучении ВЧ сигнала в водную среду (б)

Подавление несущей может происходить и при суммировании промодулиро-ванного сигнала на приемном преобразователе и за счет проникновения сигнала накачки на приемный элемент по конструкциям корпуса РППА.

На рис. 15 представлены уровни принимаемого НЧ сигнала на частоте 1020 Гц при проведении испытаний в одном из районов Тихого океана. Помеха на самописец уровня выводилась аналогично сигналу через спектроанализатор, работающий в режиме «Гистограмма» на частоте, отстоящей от частоты полезного сигнала на несколько герц.

Рис. 15. Регистрация НЧ сигнала частотой 1020 Гц и помехи во времени с приемных преобразователей в одном из районов Тихого океана:

1 — уровень НЧ сигнала после амплитудного детектирования ВЧ сигнала накачки (режим РППА); 2 - уровень НЧ сигнала в штатном режиме; 3 - уровень помехи

Как видно на рис. 15, выигрыш в соотношении сигнал/помеха в режиме РППА по сравнению со штатным режимом мог достигать ~ 10 дБ. При проведении экспериментов отмечено, что положительный эффект возникал в районах с повышенным уровнем реверберации.

Экспериментальные исследования также показали, что помехоустойчивость РППА зависит от частоты накачки, что подтверждает сделанные предположения о влиянии рассеивающих свойств водной среды на эффективность РППА.

На рис. 16 представлена зависимость отношения сигнал/помеха, полученная экспериментально с использованием макета показанного на рис. 14 а в одном из районов Японского моря.

О 40 80 120 160 200 р.кГц

Рис. 16. Соотношение сигнал /помеха на выходе однокаиальной РППА в зависимости от частоты накачки

На рис.16 видно, что максимальное отношение сигнал/помеха для данного района находилось в районе 70 кГц. Для других районов оптимальная частота, при которой наблюдался эффект повышения помехоустойчивости, могла составлять 24,124 кГц и т.д.

Для объяснения возможности повышения помехоустойчивости РППА по сравнению со штатным режимом в условиях воздействия помех (гидродинамической и электрической) были произведены численные расчеты отклика многоэлементной антенны, показанные на рис. 17.

«1«>>|

а)

180 в,град о

180 в,град

б)

О 180 0, град о 180 0,грей

В) Г)

Рис. 17. Расчет отклика многоэлементной антенны:

- без гетеродинирования и без воздействия помех (а);

- без гетеродинирования, при аддитивном воздействии гидродинамической и электрической помех (б);

- с гетеродинированием, при воздействии только гидродинамической помехи (в);

- с гегтеродинированнем, при воздействии гидродинамической н электрической помехи после процесса гетеродинирования полезного сигнала в водной среде (г).

Расчет отклика антенны, представленный на рис. 17 б, был произведен с использованием выражения (4), т.е. с учетом аддитивного воздействия помех как электрической, так и гидродинамической:

И2(6) = +гпс1(А3Ут^ + гпс1(АА)ег'и1(]а\ (4)

где Аз - амплитуда случайной гидродинамической помехи; А4 - амплитуда случайной электрической помехи; (р - фаза случайной гидродинамической помехи; а - фаза случайной электрической помехи; те! — оператор случайной величины, распределенной по равномерному закону.

Расчет отклика антенны при гетеродинировании 114 сигнала в ВЧ область без воздействия помех производился с использованием выражения

(5)

ы

где А2 - амплитуда ВЧ сигнала гетеродина; СО - круговая частота ВЧ сигнала гетеродина; г, - время, на которое рассчитана /-я линия задержки.

Расчет отклика антенны, показанный на рис, 17 в, был произведен с использованием выражения

Щ(в) = +гп^(А3)ег,и1^)]-Ке[А1е^]. (6)

(=1

Расчет отклика антенны, представленный на рис. 20 г, был произведен с использованием выражения

Я4(0) = £ КеИе/Ш/ (0)Аге'й^ ]+тсЦЛг +п^(А4)ет/(/а)]. (7)

1=1

Как видно из выражения (7) воздействие помех происходит после перемножения НЧ и ВЧ сигналов, т.е. после гетеродинирования.

Из расчетов следует, что гетеродинирование сигнала в условиях воздействия помех позволяет повысить помехоустойчивость ГАС и за счет этого сформировать характеристику направленности. Этот эффект происходит за счет усиления НЧ сигнала при перемножении его с ВЧ сигналом в процессе модуляции в водной среде.

Рассмотренная модель возникновения амплитудной модуляции в РППА с повышенным индексом модуляции позволяет объяснить ряд эффектов, полученных экспериментально. Эти эффекты можно объяснить за счет только гетеродинирования сигнала, не подвергая ревизии классическую теорию взаимодействия сигналов в водной среде, основанную на принципах нелинейной гидроакустики.

В подразделе 3.9 показано, что при приеме прогетеродинированного в водной среде полезного сигнала на многоэлементную антенну будет изменяться не только размер зоны Френеля, но и форма отклика антенны. После прохождения расстояния до каждого приемного элемента сигнал комбинационной частоты при-

обретает определенный фазовый сдвиг = и после прохождения

линий задержек отклик антенны приобретает вид

(8)

где й),С1 - частоты гетеродина и НЧ сигнала соответственно; г. = /{в,(р,г} -

фазовый сдвиг, полученный сигналом комбинационной частоты при прохождении расстояния от зоны взаимодействия до приемной антенны; - фазовый сдвиг сигнала, полученный при прохождении линии задержки.

Для оценки ближнего поля при взаимодействии НЧ и ВЧ сигналов в трасте обработки в многоканальной ее части были произведены численные расчеты на ЭВМ в соответствии с выражением (8). Расчеты производились для каждой точки графика rirj с шагом Дг( — Лгу. При этом учитывалось, что НЧ сигнал будет

Г-ГСО50

проходить расстояние 1 + Ь (рис. 18), где / = —5—

соя в

Ь = -

со$.в

Тогда

[1 + Ь](хУ

СО50 Бгисточник звука

Рис. 18. Геометрические соотношение при расчете ближнего поля многоэлементной цилиндрической антенны

Следовательно, отклик антенны следует рассчитывать по выражению N

} К«£» - Ъгх''<1 - щ^ф]

ЛгАм

1=1 2

(9)

Как видно из выражения (9), форма ближнего поля будет зависеть от г, 9 и Хвч. Численные расчеты подтвердили это. На рис. 19 представлены

расчеты ближнего поля для антенны радиусом Я = 0,8 м; количество приемников N = 56 для частоты сигнала Рс= 500 Гц.

а) 6«! Г« 1>й род и иной обработки

(Гс«0,5кГц)

6) гетеродкнирожвки« сигнал*

к4 частоту Рг* ШкТц

ш

ж) гатеродкнярех -жив скшя) Рс=0,5кГц млчалтотуКг =20*:Тц

г) пгтероаиккрожамке

сигнала Ке«0,5яГц

к» частоту Г г =30кТц

а) вжнжмее доя« икяккдрнччсг.ой АКГйККи и* комбинационной часто« Г«9,5кГц (Г. ^0,5 кГц)

е) бккжнее попе цнянндркч>гсиой литенни «а комбинационной частоте Ю,5кГц(Гс*С,5 кГц)

Рис. 19. Результаты расчета ближнего поля цилиндрической многоэлементной антенны при гетеродинировании НЧ сигнала в ВЧ область

Таким образом, при взаимодействии в тракте обработки возможно взаимодействие как в многоканальной, так и в одноканальной части. Эффекты, возникающие при этом, показаны на рис.20.

& 1 55 м

° й н

2 ч к

я о р.

й

Е §

5 н

$ ю

ЭФФЕКТЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ЗА СЧЕТ ГЕТЕРОДИНИРОВАНИЯ

Рис. 20. Возможные эффекты при гетеродинировании НЧ сигнала тракте обработки ГАС

21

В главе 4 «Повышение эффективности методов освещения обстановки на основе использования принципов адаптивной фильтрации сигнала» В подразделе 4.1 показана возможность адаптивной компенсации виброакустической помехи. В 4.1.1 рассмотрены принципы адаптивной компенсации помех. В 4.1.2, 4.1.3 представлена классификация помех и приведены спектры, полученные в морских условиях в штатном и гетеродинном режимах, которые свидетельствуют о модуляции дополнительно излученного ВЧ сип (ала на вибрирующем обтекателе ГАС. В подразделе 4.4 рассмотрена модель формирования эталона виброакустической помехи при отражении ВЧ сигнала от колеблющейся поверхности обтекателя ГАС, которая основывается на модуляции ВЧ сигнала колебаниями вибрирующей оболочки. Данная модель позволяет сформировать эталонное значение помехи с целью адаптивного её подавления.

При выборе рабочей точки размещения приемника и излучателя в ближней зоне Френеля необходимо соблюдать:

во-первых, уровень амплитудной модуляции принимаемого сигнала; во-вторых, степень линейности склона амплитудного распределения звукового давления, создаваемого ВЧ излучателем.

Эти требования, могут быть выполнены путем расчета первой и второй производной функции амплитуды звукового давления по дистанции г.

Алгоритм выбора места расположения гидроакустического приемника в зоне Френеля излучателя по расчетам первой и второй производных распределения звукового давления, создаваемого ВЧ излучателем, показана на рис. 21.

Выбор места расположения приемника при условии р'(г)тахИ р"(г)пы

Рис. 21. Алгоритм выбора места расположения гидроакустического приемника в зоне Френеля излучателя

Индекс модуляции зависит от крутизны склона амплитудного распределения акустического поля излучателя ВЧ сигнала и может быть вычислен по формуле

—*Дг , > (Ю)

где 51 ---крутизна выбранного склона амплитудного распределения акустиче-

дг

ского поля излучателя ВЧ сигнала.

Из выражения (10) видно, что коэффициент модуляции критичен к выбранному расстоянию приемника от отражающей вибрирующей поверхности.

Рис. 22. Структурная схема экспериментальной установки по формированию эталонного значения помеха с вибрирующей поверхностью в виде плоской пластины

Исследования, проведенные в соответствии со схемой (рис. 22), показали возможность использования принципов адаптивной фильтрации. Наиболее эффективным показал себя нерекурсивный фильтр типа LMS (Least Mean Square), имеющейся в банке данных виртуальных приборов системы Simulink. Этот фильтр основан на минимизации градиента мгновенного значения ошибки между образцовым (эталон помехи) и смеси сигнал + виброакустическая помеха при использовании метода наименьших квадратов. На рис. 23 представлены результаты эксперимента по компенсации виброакустической стационарной гауссовой помехи с использованием вычитающего устройства и адаптивного фильтра типа LMS при формировании эталонного значения помехи с использованием амплитудной модуляции.

в) г)

Рис. 23. Результаты измерения коэффициента корреляции между выходами основного и эталонного каналов (а) и спектрального анализа сигнала частотой 380Гц на фоне внброакусгичсской помехи:

- без обработки, на выходе основного канала (б);

- нри энергетическом вычитании (в);

- нри использовании адаптивной фильтрации (г).

Экспериментальные исследования по компенсации виброакустической помехи показали, что при коэффициенте корреляции между основным и компенсационным каналами 0,44 - 0,49 выигрыш в соотношении сигнал /помеха при использовании адаптивного фильтра типа ЬМБ может составлять 8-10 дБ по сравнению со штатным режимом. При этом использование адаптивного фильтра приводит к увеличению соотношения сигнал/виброакустическая помеха на 4-5дБ по сравнению с вычитающим устройством.

При выборе формы ВЧ излучателя следует руководствоваться принципом соответствия акустического поля, создаваемого излучателем, и формой вибрирующей оболочки. Так, на рис. 24 а показан расчет акустического поля круглого акустического излучателя радиусом Я.

Рис. 24. Расчет распределения звукового давления в топог рафическом представлении, создаваемого круглым (а) и прямоугольным (б) поршневым плоскими излучателями в их ближней зоне

На рис. 24 б показан расчет акустического поля прямоугольного излучателя поршневого типа со стороной размером 2а. На рис. 24 видно, что если вибрирующая поверхность плоская, то целесообразно использовать прямоугольный из-

лучатель, поскольку фронт волны, создаваемый им в ближней зоне, тоже плоский.

В подразделе 4.2 рассмотрен метод освещения ближней обстановки интерференционным обнаружителем с использованием адаптивного фильтра. В случае, если в сложившуюся в морском волноводе интерференционную структуру поместить движущийся объект, на выходе приёмника будут наблюдаться амплитудно-фазовые флюктуации сигнала за счет изменения сложившейся интерференционной картины.

На рис. 25 показан сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований с движущейся моделью при наличии взволнованной водной поверхности гидроакустического бассейна без использования адаптивного фильтра (рис. 25 б) и с использованием адаптивного фильтра (рис. 25 в) типа ЬМ$ из блока ОБР пакета расширения БЬпиИпк системы МАТЬАВ. На рис. 25 а приведена временная диаграмма при взволнованной поверхности воды бассейна, но без прохода модели вдоль бассейна. Как видно из рисунка, использование адаптивной фильтрации позволяет выделить полезный сигнал в виде изменчивости интерференционной структуры акустического поля.

А, дБ а)

б)

в)

(, с

Рис. 25. Результаты экспериментальных исследований при протяжке модели движущегося тела в условиях взволнованной поверхности:

- фоновая запись при взволнованной поверхности без протяжки модели (а);

- сигнал с выхода амплитудного детектора при протяжке модели на фоне взволнованной поверхности бассейна (б);

- сигнал с выхода амплитудного детектора при протяжке модели на фоне взволнованной водной поверхности бассейна при использовании адаптивного

фильтра (в).

Натурные испытания по реальным морским целям, результаты которых показаны на рис. 26, подтвердили полученные в гидроакустическом бассейне результаты и показали зависимость осуществления данного метода (формирования интерференционного поля) от параметра Рэлея (наличие когерентной составляющей в индикатрисе рассеяния). Звуковое давление р в каждой точке акустического поля морской среды можно рассматривать как суперпозицию прямого и отраженных от границ акустических волн и рассчитать его с использованием мнимых источников, образованных за счет отражения от границ морской среды (поверхность и дно моря). При этом когерентное звуковое поле в морской среде будет определяться выражением

ЛЧл,

/=о

!ЦКЫ,0)е

№

(П)

где Ра~ звуковое давление, создаваемое источником звука на единичном расстоянии; Л,(Кс1,0) - коэффициент отражения от границ морской среды для /-го мнимого источника, определяемый выражением Яе/- параметр Рэлея; 0-угол скольжения падающей волны; к - волновое число излученного сигнала; г{ -расстояние от источника звука до точки ноля для 1-го мнимого источника.

а)

б) I

в)

СМтмИ

™ -..............................."Г................................■}...................................1...... .................„Д....... х......................

. ... . 1 1 .111

ОтлДО

И | ■ с

д) 'о

150

300

Рис. 26. Результаты морских натурных экспериментальных исследований с использованием двух приемных преобразователей:

- запись сигнала с выхода амплитудного детектора при проходе корабля в озвученной области моря на фоне взволнованной поверхности (а, б);

- запись сигнала с выхода схемы обработки с использованием адаптивного фильтра при проходе корабля в озвученной области моря (в, г);

- нормированная взаимокорреляционная функция между приемными

преобразователями, разнесенными в пространстве (д).

При проведении натурных экспериментальных исследований по реальным морским целям использовались два приемных гидрофона. Корреляционная обработка с их выходов показала возможность пеленгования морских объектов, поскольку при разнесении гидрофонов на расстояние до 30 м коэффициент взаимно-корреляционной функции составлял около единицы.

В главе 5 «Предложения по освещешш обстановки в зоне Френеля» в подразделе 5.1 рассмотрен метод гетеродинного сканирования пространства в пассивном режиме. Предлагаемый метод сканирования можно отнести к методу слепого поиска, т.е. методу перебора всех возможных вариантов подстройки под кривизну фронта волны базы антенны. При этом за счет широкополосное™ сигнала этот метод при её высокой надежности имеет минимум временных затрат на поиск. Эти затраты будут зависеть от способа сканирования, которые можно подразделить на последовательный метод сканирования и параллельный метод

одновременного широкополосного сканирования. Принцип способа сканирования можно проиллюстрировать с помощью структурной схемы, показанной на рис. 27.

1-е, Г«

Рис. 27. Структурная схема устройства фокусировки гидроакустической системы на неплоский фронт волны (Г, - частота гетеродина)

Принцип работы ГАС в гетеродинном режиме по обнаружению цели в зоне Френеля предполагает использование генератора ВЧ сигнала либо в режиме ступенчато изменяющегося ВЧ сигнала (рис. 28 а), либо использование многочастотного ВЧ сигнала с целью транспонирования широкополосного НЧ сигнала от цели в ВЧ область, как это показано на рис. 28 б. Гетеродинирование НЧ сигнала в ВЧ область производится с целью подачи на частотно зависимые линии задержки (ЛЗ) одного и того же НЧ сигнала прогетеродинированного в ВЧ область.

Рис. 28. Спектры прогстеродипнрованного сигнала при генерировании:

- ступенчатого ВЧ сигнала гетеродина (а);

- многочастотного ВЧ сигнала гетеродина (б).

Это позволяет одновременно формировать 2Л/ГС. / А1?р баз антенны при од-ночастотном ВЧ сигнале и 2(А/Г6, / Л^)^ при Л' частотном ВЧ сигнале (здесь Л/^ - разрешающая способность спектроанализатора; N — 1, 2, 3, 4...), что позволяет одновременно оценивать кривизну фронта волны с и более вариантами, тем самым многократно повышая производительность поиска, но при этом производя самый надежный, по определению, слепой поиск путем перебора всех возможных вариантов. Полоса анализируемого сигнала зависит от её информативности, что, в свою очередь, предполагает когерентность спектральных составляющих. Поэтому одной из предшествующих процедур следует считать процедуру выявления когерентности сигнала, включая кепстральный анализ сигнала.

С целью проверки возможности формирования ХН в зоне Френеля было произведено имитационное моделирование с использованием программной среды С++. На рис. 29 показаны результаты имитационного моделирования многоэлементной цилиндрической антенны (сектор антенны показан на рисунках в виде дуги).

»)

Рис. 29. Характеристика направленности многоэлементной цнлнидрнчсской антенны при:

- расположении источника звука в дальней зоне без гетеродшшровамия сигнала (а);

- расположении источника звука в зоне Френеля без гетеродшшрования сигнала (б);

- расположении источника звука в зоне Френеля с гетеродшшрованнем сигнала (в).

На рис. 29 а представлен расчет ХН (в декартовой и в полярной системе координат) и базы антенны (амплитудно-фазового распределения на входе устройства формирования ХН) при расположении источника звука в зоне Фраунгофера. Поскольку фронт волны плоский и база антенны тоже плоская, то ХН формируется. При помещении источника звука в зону Френеля происходит развал ХН (рис. 29 б). Использование гетеродинирования, как видно на рис. 29 в, позволяет сфокусировать базу антенны на источник сигнала и сформировать ХН, при нахождении источника звука в зоне Френеля. Это происходит только для определенных частот гетеродина и сигнала.

В подразделе 5.2 разработан алгоритм принятия решения о наличии цели в зоне Френеля по флюктуациям дискретных составляющих шумоизлучения целей. Для описания пространственно-врсмешюго акустического поля можно использовать пространственно-временную функцию когерентности и кепстрапьную обработку. В подразделе 5.3 даны предложения по формированию многоэлементной реверберациоиной приемной параметрической антенны при лоцировании поверхности моря. В 5.3.1 рассмотрена возможность лоцирования поверхности моря. Этот метод позволяет при наличии слоя скачка скорости звука создавать виртуальную антенну с развернутой апертурой, как показано на рис. 30, состоящую из областей взаимодействия НЧ и ВЧ сигналов на поверхности моря. Экспериментальные исследования с РППА при лоцировании поверхности моря, приведенные в гл. 4, свидетельствуют о возможности использования этого явления для освещения надводной обстановки.

Источник Области шимодснпвия 114

при наличии слоя скачка

Для реализации данного метода предложена схема, представленная на рис. 31.

Формирователь поля накачки

Генератор У с или гель Блок ЛЗ

Блок траекторных измерений и принятия решения

Рис. 31, Схема использования РППА при лоцировании поверхности моря

Кроме нелинейного взаимодействия в водной среде, возможно возникновение амплитудной модуляции в соответствии с физической моделью, рассмотренной в данной работе, а также модуляции на основе дифракции Рима-Пата на акустической решетке, образованной при распространении 114 сигнала большой интенсивности в морской приповерхностной среде. Поэтому в схеме РППА, кроме фазового детектора, предусмотрен амплитудный детектор. В 5.3.2 рассмотрено использование корреляционной обработки для пеленгования целей в зоне Френеля. Для оценки возможности пеленгования целей в условиях их обнаружения в ближней зоне (зоне Френеля) были произведены расчеты с использованием корреляционной обработки сигналов, которые показали, что корреляционная ГАС позволяет осуществлять эффективное подавление слабых мешающих сигналов при наличии сильношумящей близкорасположенной цели. Кроме этого, корреляционная обработка при обнаружении в зоне Френеля позволит оценить координаты цели в пассивном, режиме за счет возможности оценки кривизны фронта волны путем измерения времен задержек на различных преобразователях антенны. В 5.3.3 предложено использование многоэлементной цилиндрической РППА для борьбы с гидродинамической и электрической помехами. В этом случае часть преобразователей должна работать в режиме излучения, а часть - в режиме приема. Если использовать двухчастогное дополнительное ВЧ излучение, то возможно, дополнительно к формированию РППА, производить компенсацию виброакустической помехи работе ГАС на повышенных скоростях ПО. В 5.3.4 рассмотрено использование параметрических антенн в цепях противодействия диверсионным силам и средствам в целях охраны подводных объектов. К таким объектам можно отнести объекты нефтедобычи, гидронавтаки, объекты по выращиванию аква-культур и т.д.

В подразделе 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 метода в ГАС с многоэлементной цилиндрической антенной возможно изменение конструкции обтекателя путем введения дополнительного цилиндрического отражателя 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 излучений ВЧ сигнала в непосредственной близости от приемной гидроакустической антенны;

- исследованы возможные эффекты, возникающие при различных механизмах гетеродинироваиия 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;

- установлено, 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.

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

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

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

- показано, что функционирование РППА принципиально возможно 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 Simidink 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 составляющем 0,44 - 0,49;

- показано, что виброакустическая помеха, формируемая обтекателем ГАС в зоне Френеля приемной антенны, разнородна в пространстве, поэтому при реализации метода в многоэлементной цилиндрической антенне 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 сформированный эталон помехи, путем гетеродинироваиия 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 B.C., Коропенко А.И. Сравнительная оценка аддитивного и гетеродинного методов обработки гидроакустической информации //Доклады 34-й Всесоюзной межвузовской НТК. - Владивосток: ТОВВМУ, 1991. - С. 96.

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

3. Колмогоров B.C. Отклик параметрической антенны реверберационного типа с апертурой больших размеров // Доклады 36-й Всесоюзной межвузовской НТК. - Владивосток: ТОВВМУ, 1993. - Т. 1. - 4.1, - С. 139-140.

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

5. Колмогоров B.C. 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 B.C., Липовский Д.В. Формирование отклика многоэлементной приемной антенны реверберационного типа // Труды 6-й Всероссийской акустической конференции (с международным участием). - Владивосток: ДВГТУ, 1998.-С. 8-10.

7. Колмогоров B.C., 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. - С. 76-77

8. Колмогоров B.C., Крючков A.M. Ближнее поле излучателей различных форм // Научные труды Далърыбвтуза. Вып. 14. Ч. I. - Владивосток: Дапьрыбвтуз, 2001.-С. 157-161.

9. Крючков А.Н., Колмогоров B.C. 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 B.C. 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 B.C., Крючков А.Н. Анализ распределения поля в зоне Френеля плоских поршневых акустических излучателей // Материалы XLV2 Всероссийской межвузовской НТК Фундаментальные и прикладные вопросы естествознания. - Владивосток: ТОВМИ, 2004. Т.1. - С. 60-64.

12. Крючков А.Н., Колмогоров B.C. Обоснование метода формирования эталона виброакустических помех // ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. Сборник рефератов НИОКР, ВИМИ. Вып.2, 2006. - 88с.

13. Колмогоров B.C. Расчет отклика антенны при гетеродинной обработке сигнала в условиях воздействия помех // Сборник статен «Проблемы и методы разработки и эксплуатации вооружения и военной техники ВМФ» Вып. 60.- Владивосток.: ТОВМИ, 2006. - С. 134-137.

14. Долгих В. Н., Колмогоров B.C., Омельченко A.B. О возможности обнаружения и пеленгования цели в зоне Френеля // Сборник статей, «Проблемы и методы разработки и эксплуатации вооружения и военной техники ВМФ». Вып. 60-Владивосток.: ТОВМИ, 2006.-С. 130-134.

15. Колмогоров B.C., Калашников И.И., Сенченко А.Г. и др. Оценка работы оператора - гидроакустика при обеспечении безопасности плавания // Сборник статей. — Владивосток: ДВГТУ (Институт открытого образования), 2006. - С. 245248.

16. Колмогоров B.C., Юрченко E.H., Емельянов Е.С.. Модель дискретной составляющей спектра шумоизлучения корабля // Сборник статей, «Проблемы и методы разработки и эксплуатации вооружения и военной техники ВМФ» Вып. 61. — Владивосток: ТОВМИ, 2007. - С. 273-278.

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

18. Колмогоров B.C. Использование адаптивной фильтрации при мониторинге морских акваторий И Материалы 3-й Всероссийской конференции «Технические средства освоения Мирового океана». - Владивосток: ИПМТ ДВО РАН, 2009. - С. 439-443.

Публикации, рекомендованные по Перечню ВАК

J 9. Колмогоров B.C., 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.

20. Даренеких В.П., Калашников И.И., Колмогоров B.C., Крючков А.Н., Юр-ченко E.H. Адаптивная фильтрация контролируемого сигнала на фоне виброакустической помехи // Приборы. - № 2. - 2008. - С. 25-30.

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

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

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

24. Колмогоров B.C., Крючков А.Н. Амплитудная модуляция в параметрических антеннах реверберационного тина // Акуст. журнал. - № 3. - 2009. - С. 388394

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

26. Колмогоров B.C., Крючков А.Н. Адаптивная компенсация виброакусти-ческрй помехи при измерении контролируемого сигнала // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - № 5. - 2009. - С. 36-39.

Монографии, учебник

27. Колмогоров B.C. Гетеродинные методы обработки гидроакустических сигналов в задачах освещения ближней обстановки: монография. - Владивосток: ТОВМИ, 2009. - 204 с.

28. Крючков А.Н., Колмогоров B.C. Компенсация виброакустических помех работе гидроакустических средств: монография.- Владивосток: ТОВМИ, 2007. - 88 с.

29. Колмогоров B.C., Крючков А.Н., Липовский Д.В. Гидроакустические измерения: учебник. - Владивосток: ТОВМИ, 2005,- 200 с. (Решение ГК ВМФ о присвоении грифа «учебник» от 11.05.2004г. № 718/395.)

Авторские свидетельства, патенты

30. Гидроакустическое приемное устройство / свидетельство на полезную модель № 15139, зарегистрировано в Гос. реестре полезных моделей РФ 07.03.2000. Павликов С.Н., Колмогоров B.C., Крючков А.Н., Сенченко А.Г.

31. Устройство обнаружения движущегося морского объекта / патент на полезную модель № 68733, зарегистрирован в Гос. реестре полезных моделей РФ 27.11.2007. Калашников И.И., Колмогоров B.C., Сепченко А.Г., Юрченко E.H.

32. Устройство обнаружения и пеленгования движущегося морского объекта / патент на полезную модель № 72550, зарегистрирован в Гос. реестре полезных моделей РФ 20.04.2008. Калашников И.И., Колмогоров B.C., Сенченко А.Г., Юрченко E.H.

33. 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 B.C., Крючков A.I I.

34. A.C. СССР на изобретение № 316507 от 28.12.1987.зарегистрировано в Гос. реестре изобретений СССР 1.08.1990. Колмогоров B.C., Курмашев P.A.

35. A.C. СССР па изобретение № 323145 от 30.10.1989. зарегистрировано в Гос. реестре изобретений СССР 1.02.1991. Колмогоров B.C., Бахарев С.А.

36. Способ формирования отклика антенны гидроакустической станции и устройство для его реализации / патент на изобретение № 2382535 от 28.04.2008, зарегистрирован в Гос. реестре 28.01.2010. Колмогоров B.C., Пономарев В.В.

МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, ПРИНИМАЕМЫХ В ЗОНЕ ФРЕНЕЛЯ ПРИЕМНЫХ И ИЗЛУЧАЮЩИХ

СИСТЕМ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано к печати 3.02.10г. Формат 60x90/16. Тираж 100 экз. Усл. иеч. л. 2,25. Изд. № 6 Зак. 18

Владимир Степанович Колмогоров

Типография ТОВМИ имени С.О. Макарова

Реферат.

Обозначения и сокращения.

Введение.

Глава 1. Проблема обнаружения целей в зоне Френеля.

1.1. Столкновения подводных лодок с морскими целями.

1.2. Акустическое поле морского объекта в зоне Френеля.

1.2.1. Модель шумоизлучения корабля.

1.2.2. Акустическое поле излучателей простых форм в зоне Френеля.

1.2.3. Акустическое поле в морском волноводе.

1.3. Отклик антенны на амплитудно-фазовое распределение акустического поля от морской цели.

1.3.1. Расчет характеристик направленности антенны при различном амплитудно-фазовом распределении по апертуре антенны.

1.3.2. Отклик приемной антенны, расположенной в зоне Френеля цилиндрического излучателя.

Выводы по 1 главе.

Глава 2. Помехоустойчивость ГАС и пространственно-временное гидроакустическое поле.

2.1. Повышение помехоустойчивости ГАС за счет пространственной фильтрации сигнала.

2.2. Помехоустойчивость ГАС, как представление пространственно-корреляционных связей сигнала и помехи.

2.3. Спектральные представления пространственно-временного поля.

2.4. Корреляционные свойства помех.

2.5. Взаимные корреляционные свойства гидроакустических сигналов.:.

2.6. Результаты экспериментальных исследований пространственных взаимных корреляционных свойств гидроакустических сигналов.

2.7. Принцип оптимизации пространственного фильтра.

Выводы по 2 главе.

Глава 3. Анализ результатов экспериментальных исследований физических явлений, возникающих при излучении ВЧ сигнала в зоне Френеля пространственно развернутых антенных решеток.

3.1. Принципы гетеродинной обработки сигнала при гетеро-динировании его в электронном тракте ГАС.

3.2. Численное моделирование отклика многоэлементной цилиндрической антенны

3.3. Анализ результатов экспериментальных исследований в морских условиях.

3.3.1. Общая методика экспериментальных исследований.

3.3.2. Возможность повышения индекса амплитудной модуляции при гетеродинировании сигнала.

3.3.3. Проверка электронной аппаратуры макетов.

3.3.4. Экспериментальные исследования отклика макета многоканальной цилиндрической антенны в натурных условиях.

3.3.5. Экспериментальные исследования отклика многоэлементной цилиндрической антенны в морских условиях.

3.4. Компенсация электрических наводок при гетеродинной обработке сигнала.

3.5. Формирование отклика линейной эквидистантной антенны.

3.6. Взаимодействие НЧ и ВЧ сигналов в одноканальной части ГАС.

3.7. Помехоустойчивость в одноканальной части тракта обработки ГАС при перегрузке тракта обработки уровнем полезного сигнала.

3.8. Обнаружение сигнала с использованием гетеродинирования в водной среде.

3.8.1. Параметрические антенны классического типа.

3.8.2. Реверберационные приемные параметрические антенны.

3.8.3. Реверберационная приемная параметрическая антенна на основе линейного взаимодействия НЧ и ВЧ сигналов.

3.9. Формирование ближней зоны у многоэлементной приемной антенны при взаимодействии НЧ и ВЧ сигналов в водной среде.

Выводы по 3 главе.

Глава 4. Повышение эффективности методов освещения обстановки на основе использования принципов адаптивной фильтрации сигнала

4.1. Адаптивная компенсации виброакустической помехи при гетеродинировании ВЧ сигнала на обтекателе ГАС.

4.1.1. Адаптивная система как компенсатор помех.

4.1.2. Классификации помех работе ГАС.

4.1.3. Модуляция ВЧ сигнала колебаниями обтекателя ГАС.

4.1.4. Модель формирования эталона виброакустической помехи при отражении ВЧ сигнала от колеблющейся поверхности обтекателя ГАС.

4.1.5. Экспериментальная проверка метода компенсации виброакустической помехи.

4.2. Освещение обстановки при лоцировании поверхности моря.

4.2.1. Формирование реверберационной приемной параметрической антенны при лоцировании поверхности моря.

4.2.2. Освещение ближней обстановки по регистрации изменения интерференционной картины акустического поля с использованием адаптивного фильтра.

4.2.3. Использование адаптивной фильтрации при мониторинге морской среды.

4.2.4. Экспериментальная проверка возможности мониторинга с использованием данных, полученных в морских условиях.

4.2.5. Рассеяние акустических сигналов на морской поверхности.

4.2.6. Оценка возможности обнаружения корабельных волн при лоцировании поверхности моря.

Выводы по 4 главе.

Глава 5. Предложения по освещению обстановки в зоне Френеля.

5.1. Метод гетеродинного сканирования акустического поля при лоцировании его в пассивном режиме.

5.1.1. Адаптивные системы оптимизации принятия решения.

5.1.2. Характеристики эффективности поиска.

5.1.3. Методы оптимизации сложной системы.

5.1.4. Метод гетеродинного сканирования акустического поля в пассивном режиме.

5.1.5. Оптимизация пространственного фильтра.

5.2. Алгоритм поиска ближней цели на основе анализа акустического поля в зоне Френеля.

5.3. Предложения по использованию реверберационной приемной параметрической антенны.

5.3.1. Формирование многоэлементной ревербераци-онной приемной параметрической антенны при лоциро-вании поверхности моря.

5.3.2. Многоэлементная цилиндрическая реверберационная приемная параметрическая антенна.

5.3.3. Использование параметрических антенн в целях противодействия диверсионным силам и средствам.

5.4. Предложения по компенсации виброакустической помехи.

5.5. Использование корреляционной обработки для пеленгования целей в зоне Френеля.

Выводы по 5 главе.

В настоящее время можно отметить значительный интерес к вопросам пространственно-временной обработки сигналов в радиосистемах, к которым можно отнести и гидроакустические системы.

Несмотря на принципиальную схожесть, преемственность и идентичность обработки гидроакустических сигналов с обработкой в радиолокации, оптике, радиоастрономии и т.д., их специфичность имеет некоторые особенности, которые обусловлены условиями распространения сигналов, формирования помех и их пространственным расположением в водной среде, частотным диапазоном гидроакустических сигналов и т.д.

Эти особенности заставляют искать особые виды обработки, специфичные для гидроакустических сигналов, к которым автор относит предлагаемую гетеродинную обработку гидроакустических сигналов. Одной из особенностей гидроакустического канала распространения сигналов и помех является высокая степень рефракционных явлений и отражений от поверхности моря и дна. Это приводит к интерференционным явлениям, в морском волноводе и требуют их учета при обработке принимаемых гидроакустических сигналов и помех.

К помехам в гидроакустике принято относить шумы дальнего судоходства, биошумы, индустриальные шумы и другие когерентные источники сигналов. Эти источники по статистическим характеристикам схожи с источниками полезного сигнала. Т.е. помехой считается все, что не является сигналом. В этих условиях зачастую практически единственным различительным признаком между помехой и сигналом является кривизна фронта принимаемой волны степень, которой определяется размерами зоны Френеля.

По сути, зона Френеля определяется изменчивостью акустического поля с расстоянием, которое наблюдаются, как показано экспериментально и путем численного моделирования, повсеместно и на больших расстояниях. Фронт волны принимаемого сигнала в таких условиях можно считать плоским по апертуре антенны только с определенной степенью условности. Как показали теоретические и экспериментальные исследования за счет переотражений от поверхности моря и дна, а также за счет рефракционных явлений размеры зоны Френеля в морском волноводе даже для точечного источника сигнала могут составлять десятки и сотни километров.

При этом следует отметить, что приемная антенна работает не только в условиях приема полезного сигнала в зоне Френеля, но и в условиях приема ближних помех, источники которых расположены в зоне Френеля. Так при использовании обтекателя приемных гидрофонов и антенн последние работают в условиях воздействия виброакустических и гидродинамических помех, источники которых расположены в зоне Френеля, как обтекателя, так и приемной антенны. Поэтому второй задачей оптимальной обработки является подавление и компенсация помех, источники которых расположены в зоне Френеля.

Поэтому разработка методов обработки сигналов и помех в зоне Френеля является актуальной.

Наиболее сложная интерференционная картина наблюдается в мелком море. Поэтому томографические методы исследования морской среды в мелком море без учета формирования акустического поля в зоне Френеля не эффективны. При этом следует отметить, что формирование зоны Френеля в морских условиях сопряжено с переотражением сигналов от поверхности моря, что создает дополнительную модуляционную помеху, которую можно компенсировать с использованием принципов адаптивной фильтрации. Адаптивная обработка сигналов может быть полезна и при подавлении виброакустической и гидродинамической помехи.

Одно из направлений в океанологических исследованиях - создание новых технических средств освоения океана. К таким средствам можно отнести приемные параметрические антенны, которые обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными антенными системами. Одной из разновидностей приемных параметрических антенн (ППА) является ППА реверберационного типа (РППА), которые могут быть реализованы на основе возникновения амплитудной модуляции при взаимодействии низкочастотного (НЧ) и дополнительно излученного ВЧ сигнала, рассеянного на неоднородностях морской среды, расположенных в зоне Френеля излучателя РППА.

Освоение мирового океана, не возможно без создания подводных объектов, в том числе движущихся. Огромный опыт эксплуатации движущихся подводных объектов (ПО) накоплен в военно-морском флоте при плавании подводных лодок (ПЛ), который показал ряд нерешенных проблем, к одной из которых следует отнести^ обеспечение безопасности плавания ПЛ от столкновений с надводными и подводными кораблями. Анализ столкновений подводных лодок с кораблями различных видов показывает ряд нерешенных проблем по обнаружению целей в ближней зоне и обеспечению безопасности от столкновений с ними. Так, по данным "Гринпис" за послевоенное время в мире погибло более 30 подводных лодок, в том числе 11 советских (из них 4 атомные), 4 американские (2 атомные), 3 английские и 4 французские. Среди аварий на море имеются несколько десятков столкновений подводных лодок, в том числе 20 столкновений лодок ВМФ с иностранными подводными лодками при нахождении их в подводном положении. Почти все столкновения в полигонах боевой подготовки происходили с атомными подводными лодками (АПЛ) ВМС США, которые вели разведку на подходах к нашим военно-морским базам и записывали гидроакустические шумовые "портреты" наших АПЛ. В одной из статей [3] главный штурман ВМФ контр-адмирал Алексин отмечал, что «Как правило, американские АПЛ находились в мертвой зоне (зоне тени) гидроакустических средств наблюдения наших АПЛ и не могли наблюдаться последними. При выполнении маневров, связанных с изменением курса или глубины погружения, нашими подводными лодками даже при кратковременном взаимном гидроакустическом контакте столкновения избежать не удавалось, прежде всего, из-за дефицита времени и особенно - информации о пространственной ориентации их относительно друг друга».

Столкновение английской и французской АПЛ 4 февраля 2009 г. в Атлантическом океане подтверждает, что данная проблема не решена и в иностранных государствах стран НАТО до сих пор.

Эта проблема кроме всего прочего, приобретает в настоящее время и экологический оттенок, в связи с наличием на борту ядерных реакторов и ядерного вооружения имеется вероятность столкновений ПО с танкерами и судами, имеющими на борту экологически опасные грузы в виде нефтепродуктов, ядовитых веществ и т.п. Поэтому актуальность работы обусловлена не только обеспечением безопасности жизнедеятельности людей, уменьшением экономических потерь, а и необходимостью экологической безопасности морей и океанов.

Поэтому освещение ближней обстановки и обеспечение безопасности плавания при соблюдении скрытности ПЛ требуют разработки новых методов обнаружения морских целей в различных условиях, в том числе и неблагоприятных.

К неблагоприятным условиям, в которых затруднено обнаружение целей, по объективным причинам можно отнести:

- образование зоны тени для гидроакустических средств при наличии слоя скачка;

- многолучевое распространение звука в море;

- постоянно изменяющаяся кривизна фронта волны от сближающейся с ПО цели;

- повышение уровня помех ГАС при движении в турбулентном потоке и на повышенных скоростях хода ПЛ;

- наличие мешающей сильно шумящей дальней цели;

- развитое волнение моря (длина морской волны соизмерима с размерами надводной цели).

Специфичность гидроакустической информации при сближении с морскими целями заключается в том, что существующие гидроакустические средства, предназначены для обнаружения целей в дальней зоне, База гидроакустических антенн в этих средствах сформирована для приема плоского фронта волны. Сигнал от морской цели, находящейся в морском волноводе, за счет рефракционных и интерференционных явлений формирует неплоский фронт волны от цели, что приводит к несфазированному приему сигнала по апертуре приемной антенны. Поэтому при сближении с морской целью из-за несформированности ХН в ближней зоне происходит уширение отметки от цели, до полного исчезновения её на индикаторе ГАС. «Развал» отметки в этом случае происходит из-за того, что морскую цель нельзя рассматривать как точечный источник, и поэтому фазовое и амплитудное распределение акустического давления в пространстве приводит к несфазированному приему сигнала от цели. Несмотря на принципиальную схожесть, преемственность и идентичность обработки гидроакустических сигналов с обработкой в радиолокации, оптике, радиоастрономии и т.д., их специфичность имеет некоторые особенности, которые обусловлены условиями распространения сигналов, формирования помех и их пространственным расположением в водной среде, частотным диапазоном гидроакустических сигналов и т.д.

В общем плане гидроакустическое средство (ГАС) подвержено воздействию разнородных и вследствие этого различных по пространственным, временным и статистическим характеристикам помех, которые в процессе обнаружения изменяются, и поэтому для эффективного обнаружения цели требуется адаптация приемной антенной системы к изменяющейся сигнально-помеховой обстановке. Кроме этого разнообразие помех требует комплексного подхода для их подавления и эффективного выделения сигнала. Особенностью ГАС является то, что помеха её работе распределена в пространстве относительно её антенны во всем диапазоне дистанций, начиная с малых - порядка метра (гидродинамическая, вибрационная, структурная) до помех дальнего судоходства - порядка сотен и тысяч километров. Наличие рефракционных явлений в морской среде приводит к тому, что источники как сигнала, так и помех, расположенные на сравнительно больших расстояниях, создают интерференционную зону (за счет появления мнимых источников), которая может рассматриваться как зона Френеля, в которой фронт волны не может рассматриваться как плоский. Источники распределенных корабельных помех (гидродинамическая, вибрационная, структурная) расположенных в зоне Френеля приемной антенны, не могут быть подавленны традиционной путем пространственной фильтрации сигнала с использованием ХН.

В истории науки известны случаи, когда открытие тех или иных явлений, законов природы, закономерностей и технических решений происходило случайно, и не было связано с предметом исследований.

Так в конце 70-х годов прошлого столетия в ходе проведения экспериментальных исследований был отмечен ряд эффектов, и, в частности, что в случае излучения высокочастотного (ВЧ) сигнала малой интенсивности (20-50 Па) в непосредственной близости от приемной антенны повышается эффективность обнаружения сигнала (сужается характеристика направленности (ХН) гидроакустического средства (ГАС) и повышается его помехоустойчивость).

В 80-х годах представителями ведущих организаций Академии наук, Министерства судостроительной промышленности и ВМФ была подтверждена эффективность предложенного способа в рамках специально проведенных морских экспериментов на Тихом океане в вопросах обнаружения и пеленгования целей [1]. Так при испытаниях были получены ХН по тональному сигналу, показанные на рис.01. а) б)

Рис. 01. Характеристики направленности, полученные в результате экспериментальных исследований по тональному сигналу: а - в штатном режиме; б - в испытуемом режиме

По шумовому сигналу от НК характеристики направленности представлены на рис. 02. а) б)

Рис. 02. Характеристики направленности по шумовому сигналу от НК: а - в штатном режиме; б - в испытуемом режиме

Проведенные работы показали его эффективность, в вопросах обнаружения целей и их пеленгования. При этом на выходе ГАС наблюдалось сложное акустическое поле как показано на рис.03.

Рис. 03. Характеристика направленности испытуемого тракта в тональном режиме на частоте НЧ сигнала 0,98 кГц

Следует отметить, что к этому времени была разработана и интенсивно развивалась теория нелинейной гидроакустики, основанная на взаимодействии акустических волн в морской среде. Исследованию взаимодействия акустических волн в морской среде посвящен ряд работ советских и американских ученых, таких, как: П. Вестервельт, Дж. Беллин, Р. Бейер, Е.А. Заболотская, Р.В. Хохлов, В.П. Кузнецов, Л.К. Зарембо, В.А. Красильников, О.В. Руденко, С.И. Солуян, К.А.Наугольных, Б.К. Новиков, И.Б. Есипов, и др. На основе работ этих и ряда других ученых возникло новое направление - нелинейная гидроакустика. На основе принципов нелинейной гидроакустики были предложены В.А. Зверевым, А.И. Калачевым, В.И. Тимошенко и другими учеными, а также построены и испытаны параметрические приемные антенны (ППА) и параметрические излучающие антенны (ПИА), позволяющие формировать узкие (по отношению к волновым размерам преобразователей) ХН.

Теория нелинейной гидроакустики и параметрических антенн основывалась на возможности нелинейного взаимодействия акустических волн при излучении ин

6 7 тенсивных волн (10 -10 Па). Поэтому первоначальное предположение о взаимодействии волн малой интенсивности (20-50 Па) при проведении экспериментальных исследований на Тихом океане не согласовывалось с теорией нелинейной гидроакустики. Экспериментальные работы, проведенные в дальнейшем, не подтвердили утверждения о формировании отклика антенны ГАС на основе нелинейного взаимодействия высокочастотного и низкочастотных (НЧ) сигналов в водной среде на принципах нелинейной гидроакустики.

В данной работе показано, что объяснение полученных эффектов в процессе испытаний приставки к ГАС с использованием ВЧ сигнала, излученного в непосредственной близости от приемной гидроакустической антенны, можно объяснить явлением гетеродинирования, не входя в конфликт с классической теорией нелинейной гидроакустики. Данный подход позволил разработать предложения по использованию полученных эффектов для освещения надводной и подводной обстановки в зоне Френеля морской цели.

Как показали исследования, описанные в данной работе, при излучении ВЧ сигнала в непосредственной близости от приемной антенны возможны различные механизмы возникновения модуляции ВЧ сигнала (гетеродинирование) НЧ сигналом: .

- возможно нелинейное взаимодействие (гетеродинирование) в тракте обработки, которое, в свою очередь, повышает возможности обработки сигналов приемной антенной;

- возможно гетеродинирование излученного ВЧ сигнала на вибрирующем обтекателе ГАС, что при определенных условиях выбора месторасположения излучающих и приемных преобразователей относительно обтекателя позволяет производить компенсацию виброакустических помех;

- возможен механизм возникновения амплитудной модуляции (гетеродинирование) с аномально повышенным индексом в приемных параметрических антеннах реверберационного типа (РППА) и сопутствующие этому возможные эффекты повышения помехоустойчивости при малых уровнях ВЧ сигнала (накачки).

Эти механизмы гетеродинирования могут быть использованы в методах обработки гидроакустических сигналов, получивших название гетеродинных методов обработки гидроакустических полей по аналогии с гетеродинными методами обработки оптических полей [2].

Результаты испытаний приставки параметрического приема к ГАС, проведенных в 80-х, 90-х годах прошлого столетия, могут быть использованы в решении такой актуальной проблемы, как освещение ближней обстановки ПО в целях обеспечения безопасности плавания от столкновений с морскими целями и обнаружения и пеленгования целей в реальных условиях морского волновода.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Одно из направлений океанологических исследований - создание новых технических средств освоения океана. К таким средствам можно отнести антенны с большими апертурами и многопозиционными антенными устройствами. Увеличение апертуры приемной антенны позволяет увеличить дальность действия и направленность гидроакустического средства (ГАС) и, как следствие, улучшить качество исследований. Но при увеличении апертуры приемной антенны увеличивается и её зона Френеля.

Зона Френеля излучающей системы, как показали теоретические и экспериментальные исследования, за счет переотражений излученного сигнала от поверхности моря и дна, а также за счет рефракционных явлений может увеличиться многократно. Фронт волны принимаемого сигнала в таких условиях излучения можно считать плоским по апертуре приемной антенны только с определенной степенью условности.

Следует отметить, что шумы дальнего судоходства, биошумы, шумы техногенного происхождения и др. по статистическим характеристикам схожи с источниками полезного сигнала. В этих условиях отличительным признаком между помехой дальнего поля и сигналом может быть кривизна фронта волны, степень кривизны которой определяется размерами зоны Френеля.

Помехи ближнего поля могут также находиться в зоне Френеля акустической приемной антенны. К таким помехам следует отнести виброакустическую и гидродинамическую помехи, которые носят распределенный в пространстве характер и не могут быть.подавлены традиционно за счет направленных свойств антенны. Поэтому задачей оптимальной обработки является подавление и компенсация помех, источники которых расположены также и в зоне Френеля.

Освоение мирового океана, не возможно без создания подводных объектов, в том числе движущихся. Огромный опыт эксплуатации движущихся подводных объектов (ПО) накоплен в военно-морском флоте при плавании подводных лодок (ПЛ), который показал ряд нерешенных проблем, к одной из которых следует отнести обеспечение безопасности плавания ПЛ от столкновений с надводными и подводными кораблями.

Эта проблема кроме всего прочего имеет и экологический оттенок, в связи с наличием на борту подводных лодок ядерных реакторов и ядерного вооружения; имеется вероятность столкновений ПО с танкерами и судами, имеющими на борту экологически опасные грузы.

Поэтому актуальность работы обусловлена не только обеспечением качества океанологических исследований и безопасности плавания ПО, но и необходимостью обеспечения экологической безопасности морей и океанов.

Анализ столкновений ПЛ, находящихся в подводном положении, показал, что при малых расстояниях между двумя ПО они находятся в зонах Френеля излучающих корпусов кораблей и антенных систем обнаружителей. При этом зона Френеля излучающей системы за счет переотражений сигнала от границ моря может увеличиться многократно, что особенно характерно для мелкого моря.

В результате этого методы формирования откликов гидроакустических средств (ГАС), обоснованные применительно к обнаружению объектов в дальней зоне (Фра-унгофера), не позволяют решать задачи обнаружения и пеленгования целей. Поэтому возникла необходимость решения проблемы обнаружения и пеленгования целей, находящихся в зоне Френеля приемных и излучающих систем.

Цель работы - обосновать методы обработки гидроакустических сигналов, принимаемых в зоне Френеля приемных и излучающих систем в интересах повышения помехоустойчивости и пространственной разрешающей способности ГАС.

Задачи исследований: - анализ результатов экспериментальных исследований физических явлений, возникающих при излучении высокочастотного (ВЧ) сигнала в зоне Френеля пространственно развернутых антенных решеток;

- разработка физической модели возникновения амплитудной модуляции с повышенным индексом при взаимодействии низкочастотного (НЧ) и ВЧ сигналов в водной среде;

- обоснование возможности повышения помехоустойчивости ГАС и сужения характеристики направленности (ХН) при излучении ВЧ сигнала в зоне Френеля пространственно развернутых антенных решеток;

- обоснование метода гетеродинной обработки гидроакустических сигналов;

- обоснование метода освещения надводной обстановки с погруженного ПО при наличии слоя скачка;

- обоснование метода обнаружения морских целей в условиях мелкого моря при развитой структуре интерференционного акустического поля.

- обоснование возможности компенсации и подавления распределенных в пространстве помех, которые расположены в ближней зоне.

- разработка предложений по использованию методов обработки гидроакустических сигналов для обеспечения безопасности плавания ПО.

Методы исследований.

Основными методами для решения поставленных задач явились экспериментальные и теоретические методы гидроакустики с использованием численного и имитационного моделирования. Работа базируется на обширном экспериментальном материале, полученном в период с 1985 по 2009 гг. Кроме экспериментальных исследований, проведенных в различных районах Тихого океана, исследования проводились в мелководных районах с глубинами до 20 м и гидроакустическом бассейне.

Научная новизна:

1. Обоснована физическая модель возникновения амплитудной модуляции с повышенным индексом при взаимодействии ВЧ и НЧ сигналов в водной среде.

2. Разработан метод гетеродинной обработки сигнала,в многоэлементной цилиндрической антенне ГАС.

3. Обоснована возможность поиска кривизны фронта волны широкополосного сигнала при пассивном лоцировании пространства.

4. Предложен метод освещения надводной обстановки с погруженного ПО в условиях наличия слоя скачка скорости звука при использовании реверберационной приемной параметрической антенны (РППА).

5. Обоснована возможность повышения помехоустойчивости ГАС при излучении ВЧ сигнала в непосредственной близости от акустической антенны ГАС.

6. Разработан метод освещения обстановки в условиях мелкого моря по регистрации изменения интерференционной картины акустического поля с использованием принципов адаптивной фильтрации.

7. Обоснована возможность адаптивной компенсации виброакустической помехи ГАС на основе использования амплитудной модуляции при формировании эталона распределенной виброакустической помехи, формируемой в зоне Френеля приемной антенны.

Разработанные методы имеют подтверждения новизны в виде авторских свидетельств и патентов на изобретения и полезные модели, а также программу для ЭВМ.

Практическая значимость работы.

Работа показывает пути модернизации ГАС с целью решения задач обнаружения морских объектов в зоне Френеля. Разработанные предложения целесообразно использовать при обеспечении безопасности плавания ПО в сложных гидроакустических условиях, включающих в себя наличие: слоя скачка; повышенной гидродинамической помехи; затененных секторов обзора ГАС; развитой структуры интерференционного акустического поля, характерной для условий мелкого моря и т.п.

Апробация работы. Основные результаты исследований, составившие содержание диссертационной работы, обсуждались на Межведомственном координационном научно-техническом совете по нелинейной акустике (1987); Межведомственном научно-техническом семинаре в научно-исследовательском институте радиоэлектронного вооружения ВМФ (1989); VII Дальневосточной научно-технической конференции по судовой радиоэлектронике (1994); Российской гидроакустической конференции, Владивосток, ТОВВМУ (1996); б-й Всероссийской акустической конференции (с международным участием), Владивосток ДВГТУ (1998);

Всесоюзных и Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях ТОВМИ им. С.О. Макарова (1988-2008); Межвузовской НТК, посвященной 100-летию со дня рождения В.Н. Тюлина (1992); сборах руководящего состава РТС ТОФ (1987,1990, 2001, 2007), Научно-техническом совете в/ч 90720 (1987,1989,1991-1994,2001г.г.); НТС в ТОЙ ДВО РАН (1995, 2009); 8-й Международной НТК, ИО им. П.П. Ширшова (2003); 6-й Международной НТК «Проблемы открытого образования», ДВГТУ (2007); 2-й Международной НТК «Проблемы транспорта Дальнего Востока», ДВМА (1997); 11-й и 19-й сессиях АКИН; НТС в Комитете по гидрофизике РАН, НИЦ РЭВ ВМФ, Военно-морской академии (2008); 3-й Всероссийской НТК «Технические средства освоения Мирового океана» (Институт проблем морских технологий ДВО РАН 2009)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 62 печатных работы, из них по перечню ВАК (июль 2008 г.) рекомендованных для докторских диссертаций 8 статей, две монографии; получены: один патент на изобретение, два авторских свидетельства на изобретение, одно авторское свидетельство на полезную модель, два патента на полезную модель, одно авторское свидетельство, на программу для ЭВМ, зарегистрированную в Гос. реестре; часть материалов диссертации вошли в учебник «Гидроакустические измерения», допущенный в качестве учебника для военно-морских учебных заведений Главнокомандующим ВМФ РФ. Материалы диссертации внедрены в 24 НИР, в двенадцати из которых автор был научным руководителем.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод гетеродинной обработки сигнала в многоэлементной цилиндрической антенне ГАС.

2. Физическая модель возникновения амплитудной модуляции при рассеянии ВЧ сигнала на колеблющейся поверхности, расположенной в зоне Френеля.

3. Метод компенсации виброакустической помехи ГАС на основе формирования эталона помехи в зоне Френеля.

4. Метод освещения ближней обстановки по регистрации изменения интерференционной картины акустического поля.

5. Метод освещения надводной обстановки с погруженного ПО при использовании приемной антенны реверберационного типа.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 168 источников, приложения. Диссертационная работа изложена на 271 странице, включая 133 рисунка.

Выводы по 5 главе

1. К одним из наиболее надежных методов поиска целевой функции следует отнести метод сканирования. Особенность и преимущество сканирования заключаются в независимости поиска от вида и характера функции качества. При работе по методу сканирования всегда находится глобальный экстремум. Этот метод является единственным надежным методом, т. е. методом, гарантирующим в определенных условиях отыскание наибольшего значения целевой функции.

2. К одним из способов повышения быстродействия метода сканирования можно отнести гетеродинный метод сканирования широкополосного сигнала от цели, который предлагается использовать в условиях быстрого сближения с сильношумя-щей целью. При использовании многочастотного ВЧ сигнала гетеродина время на поиск практически определяется временем спектрального анализа сигнала на частоте гетеродина.

3. Корреляционная обработка при обеспечении безопасности плавания предпочтительней аддитивной обработки, что позволяет решить задачу выделения и пеленгования сильношумящей цели при большой кривизне фронта волны.

4. Анализ широкополосного сигнала может быть произведен с использованием как статистического анализа ДС, выделенных в шумоизлучении целей, так и полученных в результате кепстрального анализа сигнала цели, позволяющего судить о динамике интерференционной картины, создаваемой целью при сближении.

5. Использование РППА при лоцировании поверхности моря позволит повысить эффективность задачи обеспечения освещения надводной обстановки при наличии в морской среде слоя скачка.

Заключение

Для достижения цели и решения задач, поставленных в настоящей работе, проведен комплекс натурных экспериментальных исследований и численных расчетов, анализ и обобщение результатов ранее выполненных работ, дана теоретическая проработка полученных результатов. На этой основе разработаны принципы обнаружения гидроакустических сигналов шумопеленгаторными ГАС в неблагоприятных условиях, к которым можно отнести:

- специфичность гидроакустической информации, принимаемой от целей, расположенных в ближней зоне (зона Френеля);

- образование зоны тени для гидроакустических средств при наличии слоя скачка;

- многолучевое распространение звука в море;

- низкая помехоустойчивость ГАС при движении в турбулентном потоке и на повышенных скоростях хода ПЛ;

- наличие мешающей сильно шумящей дальней цели;

- развитое волнение моря (длина морской волны соизмерима с размерами надводной цели);

Поставленная цель в диссертационной работе была достигнута путем решения следующих основных задач:

- анализ возможных механизмов взаимодействия (гетеродинирования) НЧ и ВЧ сигналов при излучении последнего в непосредственной близости от приемной гидроакустической системы;

- разработка физической модели реверберационной параметрической приемной антенны с излучением накачки малой интенсивности;

- обоснование метода гетеродинной обработки гидроакустической информации;

- обоснование возможности компенсации помех, источники которых расположены в зоне Френеля, за счет использования принципов адаптивной фильтрации при создании эталона виброакустической помехи на основе физической модели возникновения амплитудной модуляции за счет гетеродинирования НЧ сигнала в ВЧ область;

- разработка предложений по использованию гетеродинных методов обработки гидроакустических сигналов для обеспечения безопасности плавания ПЛ.

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

1. Проанализированы и даны обоснованные, с точки зрения существующих научных представлений, объяснения эффектов, полученных при испытаниях приставки «параметрического» приема, проводимых в рамках межведомственных комиссий и рабочих групп.

2. 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.

3. Разработана физическая модель и дано теоретическое обоснование возникно-. вения амплитудной модуляции аномально высокого уровня в параметрических антеннах реверберационного типа, наблюдаемой при испытаниях приставки «параметрического» приема.

4. Даны объяснения возможности повышения индекса амплитудной модуляции в условиях излучения накачки в водную среду с использованием модельных экспериментов.

5. Предложен метод компенсации виброакустической помехи на основе разработанной физической модели возникновения амплитудной модуляции, при рассеянии ВЧ сигнала от вибрирующей поверхности обтекателя ГАС с использованием принципов адаптивной фильтрации сигнала.

6. Предложен 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.

7. Предложен метод освещения ближней обстановки подводного объекта с использованием адаптивного фильтра в охранной системе интерференционного типа.

8. Произведен анализ существующих методов направленного приема гидроакустических сигналов на фоне помех. Показано, что существующая в настоящее время обработка сигналов в многоэлементных ГАС, предполагающая, что сигнал и помеха поступают на приемную антенну из дальнего поля с плоским фронтом волны, не адекватна реальной обстановке; при распространении сигналов в реальных условиях морского волновода обработку следует вести из предположения прихода сигнала из ближнего поля с неплоским фронтом волны.

9. Показано, что помеха работе ГАС разнородна, воздействие ее носит различный характер и поэтому борьба с ней должна производиться с использованием комплексной обработки сигнала, включающей как обработку, направленную на подавление локальной помехи, так и обработку, направленную на подавление распределенной в пространстве помехи.

10. Произведен анализ функционирования реверберационной параметрической приемной антенны (РППА) с развернутой апертурой. Показано, что существующие представления в нелинейной акустике не дают объяснения высокой помехоустойчивости и направленности для реверберационной параметрической многоэлементной приемной антенны при ненаправленном излучении накачки малой интенсивности.

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

12. Произведена экспериментальная проверка метода гетеродинной обработки с использованием специально изготовленных макетов ГАС в натурных условиях Тихоокеанского региона.

13. 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.

14. Разработаны предложения и принципы использования гетеродинных методов обработки гидроакустических сигналов в целях борьбы с разнородной помехой; наиболее эффектным следует считать способ реализации метода с излучением ВЧ сигнала в водную среду, позволяющий реализовать преимущества метода за счет ге-теродинирования как в водной среде и на обтекателе ГАС, так и в тракте обработки,

15. В случае реализации метода гетеродинной обработки с излучением ВЧ сигнала в водную среду, целесообразна установка дополнительного обтекателя ГАС (отражателя накачки).

16. Предложен алгоритм комплексной обработки широкополосного сигнала с кепстральной и корреляционной обработкой сигнала в зоне Френеля.

Таким образом, при излучении высокочастотного (ВЧ) сигнала в непосредственной близости с многоэлементной гидроакустической антенной возникает ряд-эффектов, которые могут быть объяснены гетеродинированием полезного низкочастотного сигнала в высокочастотную область. Эффекты, получаемые за счет гетеро-динирования, могут быть следующие: При гетеродинировании в водной среде возможно:

- создание параметрических антенн;

- повышение коэффициента помехоустойчивости за счет переноса сигнала с НЧ области, где помеха максимальна;

- усиление сигнала в водной среде за счет перемножения его с сигналом накачки.

При гетеродинировании на обтекателе ГАС возможно:

- повышение помехоустойчивости ГАС за счет компенсации вибрационной и структурной помех.

При гетеродинировании в тракте обработки в одноканальной её части возможно:

- повышение помехоустойчивости ГАС за счет отбеливания помехи;

- повышения точности пеленгования за счет перевода ГАС в мультипликативный режим пеленгования; в многоканальной части ГАС возможно:

- создание управляемой ХН за счет возможности регулирования амплитудно-фазового распределения по апертуре антенны;

- обнаружения сигнала в ближней зоне за счет формирования необходимой базы антенны;

- разрешение целей с различными частотными спектрами по дистанции.

Кроме этого возможны некоторые эффекты, такие как компенсация электрических наводок и т.д.

Разработанные в работе предложения могут быть полезны при решении проблемных вопросов корабельной гидроакустики, обозначенные в работах [148, 149], к которым можно отнести:

- приоритетное внимание к проблемам мелкого моря;

- нейтрализацию влияния помех на шумопеленгптторные ГАС;

- совершенствование способов гидроакустической классификации по кривизне фронта волны и разработки алгоритма классификации с использованием кепстраль-ной обработки;

- организацию противоторпедной защиты с использованием предложенного метода гетеродинного сканирования шумового сигнала;

- снижение стоимости разработки программного обеспечения цифровых вычислительных комплексов ГАК, а также обеспечении обнаружения гидроакустических сигналов в зоне тени в целях навигационной безопасности плавания ПЛ.

Результаты произведенных исследований позволяют сделать вывод о том, что задачи, поставленные перед работой, решены.

1. Островский Д.Б. О параметрических антеннах // Из истории отечественной гидроакустики статьи, очерки, воспоминания. — СПб.: Морфизприбор, 1998. - 693 с.

2. Устинов Н.Д., Матвеев И.Н., Протопопов В.В. Методы обработки оптических полей в лазерной локации. М.: Наука, 1983. - 272 с.

3. Алексин В.А. Независимая газета.- 2001. № 12.

4. Аргументы и факты. 2000. - № 34

5. Комсомольская правда. 2000. - 20 октября

6. Загадочные пробоины // Еженедельные новости № 22 (1507). 2003.- 14 февраля

7. Черкашин Н. Тайна точки «К».// Независимая газета. 2000. - № 2

8. Костриченко В.В., Айзенберг Б.А. ВМФ СССР и России: приложение к Военно-морскому историческому обозрению.- Спец. вып. № 1 Харьков, 1997.

9. Скучик Е. Основы акустики: пер. с англ / под ред. JI.M. Лямшева. М.: Мир, 1976. - Т.2. - 542 с.

10. Отчет о НИР «Защита-81», и/я В-8662. 68 с.

11. Авилов К.В. Программный комплекс РПЗЭМС. Научно-технический центр «Модуль» //Сб. программ «Программные средства расчета характеристик канала распространения звука в морской среде» сост. Ю.Н. Зиняков. М.: РТУ ВМФ, 2003.

12. Орлов Е.Ф., Шаронов Г.А. Интерференция звуковых волн в океане. Владивосток: Дальнаука, 1998. - 195 с.

13. Л. Росе. Шумы: источники, излучение и ослабление: сборник статей / под ред. А. Бъерне. М.: Мир, 1985.

14. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. -М.: Мир, 1987.-Т. 2.

15. Колмогоров B.C., Юрченко E.H., Емельянов Е.С. Шумоизлучение корабля как отклик механической системы // Сб. статей , «Проблемы и методы разработки иэксплуатации вооружения и военной техники» Вып. 61. Владивосток: ТОВМИ, 2007.-С. 278-283.

16. Деев В.В., Забродин Ю.М., Пахомов А.П., Тиненко В.А., Титов М.С. Анализ информации оператором-гидроакустиком. Д.: Судостроение.,1985 - 192 с.

17. Новиков А.К. Статистические измерения и обнаружение сигналов. -СПб.: ЦНИИ им. Крылова, 2006.- 252 с.

18. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Радио и связь, 1989. - 656 с.

19. Миддлтон Д. Введение в статистическую теорию связи. М.: Сов. радио, 1961.-Т.2.

20. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Л.: Судостроение, 1984. - 304 с.

21. Габидулин Г.С., Тюрин A.M., Нестеренко В.И. Антенные устройства гидроакустических средств и их элементы. Л.: BMA, - 1992. — Разд.П - 363 с.

22. Свердлин Г.М. Прикладная гидроакустика. Л.: Судостроение, 1976. - 280 с.

23. Бахрах Л.Д., Кременский С.Д. Синтез излучающих систем. М.: Сов. радио,-. 1974. - 232 с.

24. Зелкин Е.Г. Построение излучающих систем по заданной диаграмме направленности. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 280 с.

25. Жуков В.Б. Расчет гидроакустических антенн по диаграмме направленности. Л.: Судостроение, 1977. - 186 с.

26. Гэббриэл И.Ф. Спектральный анализ и методы сверхразрешения с использованием адаптивных решеток // ТИИЭР, 1980. Т. 68. - № 6. - С. 19-32.

27. Гермаш З.Н., Ефименко К.Э. О механизме сверхразрешения системы источников волновых полей при цифровом восстановлении когерентных радиоизображений // Радиотехника и электроника.- Вып. I. 1993. - С. 25.

28. Шелухин О.И. Радиосистемы ближнего действия. М.: Радио и связь, 1989. - 240 с.

29. Венскаускас К.К. Компенсация помех в судовых радиотехнических системах. Л.: Судостроение, 1989. - 264 с.

30. Монзинго В.А., Миллер Г.У. Адаптивные антенные решетки. М.: Радио и связь, 1986.-448 с.

31. Уидроу Б., Стинрз С. Адаптивная обработка сигналов: пер с англ. М.: Радио и связь, 1989. - 440 с.

32. Ильичев В.И., Калюжный А.Я., Красный Л.Г., Лапий В.Ю. Статистическая теория обнаружения гидроакустических сигналов. М.: Наука, 1992. - 415 с.

33. Урик Р.Дж. Основы гидроакустики. Л.: Судостроение, 1978. - 448 с.

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

35. Качанов Е.И., Пигулевский Е.Д., Яричин Е.М. Методы и средства гидроакустической голографии. Л.: Судостроение, 1989.- 255 с.

36. Пространственно-временная обработка сигналов / под ред. И.Я. Кремера. -М.: Радио и связь, 1984.

37. Фурдуев A.B. Шумы моря / Акустика океана. М.: Наука. 1974. - С.659666.

38. Ярощук И.О. Гулин О.Э. Метод статистического моделирования в задачах гидроакустики. Владивосток: Дальнаука, 2003.

39. Щуров В.А. Современное состояние и переспективы измерения акустической интенсивности в подводной акустике. Владивосток: ТОЙ ДВО РАН, 1998. -46 с.

40. Cron B.F. and Sherman С.Н. Spatial correlation function for various noise models // J.Acoust. Soc. Am. 1962. - V.34. - No.ll. - P. 1732-1736.

41. Roberson R.E. Random noise in attenuating fluid medium // J. Acoust. Soc. Am. -1951.- V.23. No.3. - P.353-358.

42. Басс Ф.Г., Фукс И.М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: Наука, 1972.

43. Апанасенко В.А., Крышный В.И. Подводные шумы в шельфовой зоне моря / Океаническая акустика. М.: Наука, 1993. - С. 190-199.

44. Wilson J.H. Wind-generated noise modeling // J. Acoust. Soc. Am. 1983. -V.73. - No.l. - P.211-216.

45. Rudnick R.J., Anderson V.C. and Becken B.A. Directional distribution of ambient sea noise I I J. Radio Electronic Eng. 1963. - V.23. - No. 5. - P.441-444.

46. Курьянов Б.Ф. Пространственная корреляция полей, излученных случайными источниками на плоскости // Акуст. журн. 1963. - Т.9. - № 4. -С. 441-448.

47. Eckart С. The theory of noise in continuous media // J. Acoust. Soc. Am. -1953. -V. 25 No.2. - P.195-199.

48. Анисимова O.H. Расчет частотно-углового спектра шума дальнего судоходства // Акуст. журн. 1992.- Т. 38. - № 2. - С. 223-228.

49. Ильичев В.И. и др. Анизотропные свойства подводных динамических шумов / Океаническая акустика. М.: Наука, 1993. - С. 182-189.

50. Shchurov V.A. and Kuyanova M.V. Use of acoustic intensity measurements in underwater acoustics (modern state and prospects) // Chinese J. of Acoustics. 1999. -V.18. -№.4. -P.315-326.

51. Долгих B.H., Казанцев Г.И. Прикладная гидрофизика. Владивосток: ТОВМИ, 2003.- 400 с.

52. Долгих В.Н. Статистическая гидроакустика. Владивосток: ТОВМИ, 2003. - 200 с.

53. Справочник-по теоретическим основам радиоэлектроники / под ред. Б.Х. Кривицкого. -М.: Энергия, 1977. т.2 - 472 с.

54. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств / под. ред. В.Н. Ду-лина, М.С. Жука. М.: Энергия, 1977. - 576 с.

55. Кугушев A.M., Голубева Н.С. Основы радиоэлектроники. М.: Энергия, 1969.- 880 с.

56. Кадыков И.Ф. Подводный низкочастотный шум океана. М.: Эдиториал УРСС, 1999.-152 с.

57. Колмогоров B.C. О возможности синтеза отклика цилиндрической антенны // Доклады УП Дальневосточной НТК по судовой радиоэлектронике. Владивосток: ДВО РАН, 1994. - С. 106-108.

58. Заездный A.M. Основы расчетов нелинейных и параметрических радиотехнических цепей. М.: Связь, 1973. - 448 с.

59. Колмогоров B.C., Алюшин Д.А., Прищепа Т.В. Блок программ для вычисления отклика приемной антенны при гетеродинной обработке сигнала. Владивосток: в/ч 90720, 1994.

60. А.с. 422197 СССР от 28.02.82. Устройство для приема инфразвуковых колебаний / Зверев В.А., Калачев А.И.(СССР)

61. Зверев В.А., Калачев А.И. Модуляция звука-звуком при пересечении акустических волн // Акуст. журнал. 1970. - № 2. - С. 245-251.

62. Westervelt P.J. Parametric acoustic arrey// JASA 1963. - V.35. - № 4 - P. 535.

63. Новиков Б.К., Руденко O.B., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. -Л.: Судостроение, 1981.

64. Наугольных К.А., Островский JI.A. Нелинейные волновые процессы в акустике. М.: Наука, 1990. - 237 с.

65. Ruves C.R. Goldsberry T.G. Rohde D.F. Maki V.E. Parametric acoustic receiving array respouse to transducer vibration // JASA, 1980. - V. 67. - P. 1495-1501.

66. Мюир Т.Д., Голдсбери Т.Д. Вопросы обработки сигналов в нелинейной акустике / Подводная акустика и обработка сигналов. М.: Мир, 1985. - С. 172-199.

67. Didenkulov I. N. Donskoy Noises in acoustic parametric receivers // 13th international symposium on nonlinear acoustic / by editor H. Hoback Wold scientific Singapore, New Yerseyfondon, Hong-Kong, 1993-.

68. Донской Д.М., Сутин A.M. Параметрический прием акустических сигналов в неоднородных средах // Акуст. журнал. 1981. - Т. 27. - № 6.

69. Донской Д.М., Сутин A.M. О возможности усиления акустических волн при параметрическом приеме // Акуст. журнал. 1981. - Т. 27. - № I.

70. Qian Zu-wen, Shao Dao-Juan Some interesting phenomena of first subharmonik of sound in water Проблемы нелинейной акустики // Сб. трудов симпозиума 1ИРАР -I ТАМ по нелинейной акустике. Новосибирск. 1987. - Ч. I.

71. Korman M.S. Beyer R.T. Nonlineer scattering of crossed ultrasonic beats in the presence of turbulence water, p. II theory // JASA, 1989. - V. 85, - № 2 - P. 611-620.

72. Tjtta J.N. Tjtta S. Juteraction of sound waves p. 2: Plan wave and real beam // JASA,- 1987. -V. 82-№4 P.1429-1435.

73. Патент 3.870.988 США. Hybrid Carrier Beam sonar.: опубл. 1975/ Turner W.R.

74. Патент 3.882.444, США. Steerable parametric connersion array.: опубл. 1975. / Robertson T.M.

75. Кравченко B.B., Шарфарец Б.П. Приемная параметрическая антенна обратного нелинейного рассеяния // Межвузовский научно-технический сборник "Антенны и преобразователи." Владивосток: ДВПИ, 1988. - С. 37 - 41.

76. Censor D. Scattering by time varying obstacles // J. Sound and Vib. 1972. - № 25(1).-P.101-110.

77. Piquette J.C., Van Buren A.L. Nonlinear scattering of acoustic waves by vibrating surfaces // J.Acoust.Soc.Amer. -1984. V.76. - №3. - P.880-889.

78. Габидулин Г.С., Тюрин A.M., Нестеренко В.И. Антенные устройства гидроакустических средств и их элементы. Л.: ВМА. - 1992.- Разд.П - 363 с.

79. Щекин И.Е. Об отклике горизонтальной антенны в ближней зоне // Акуст. журнал. 1985. - Т. 31.-№ 1.

80. Джонсон Р., Экер X., Холлис Дж. Определение диаграмм направленности антенн по результатам измерений в ближней зоне // ТИИЭР/ 1973. - Т. 61. - № 12. -С. 5-38.

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

82. Сумбатян М.А. Развитие метода Шоха для численного исследования поля ультразвукового излучателя // Акуст. журн. 1988. - Т. 34. - № 1. - С. 185-187.

83. Гитис М.Б., Химунин A.C. О поправках на дифракцию при измерении коэффициента поглощения и скорости звука // Акуст. журн. 1968. - Т. 14. - № 3. -С.363-370.

84. Гитис М.Б., Химунин A.C. О дифракционных эффектах в ультразвуковых измерениях // Акуст. журн. 1968. - Т. 14. - № 4. - С. 489-513.

85. Открытие СССР № 359. Закономерность увеличения рассеяния волн. / Виноградов А.П. и др.

86. Зверев В.А. О помехоустойчивости фокусируемой антенны // Акуст. журн. — 2002.-Т. 48 -№ 2.-С. 211-215.

87. Лазерное зондирование тропосферы и подстилающей поверхности / под-ред. В.Е. Зуева. Новосибирск: Наука, 1987.

88. Крючков А.Н, Колмогоров B.C. Компенсация виброакустических помех работе гидроакустических средств. Владивосток: ТОВМИ, 2007. - 88с.

89. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2006.- 752 с.

90. Долгов В.М., Плахов Д.Д., Яковлев В.Е. Акустические шумы и помехи на • судах. Л.: Судостроение, 1984.95. Орлов Л.В., Шабров A.A. Гидроакустическая аппаратура рыболовного флота. - Л.: Судостроение, 1987. - 224 с.

91. Покровский В.А., Щеглов Г.А. Эксплуатация судовых гидроакустических станций. Л.: Судостроение, 1980. - 192 с.

92. Кешнер М.С. Шум типа I/F // ТИИЭР, 1982. Т. 70, - № 2.

93. А.Ван дер Зил. Единое представление шума типа I/F в электронных приборах: фундаментальные источники // ТИИЭР, 1988.-Т. 76 -№3. — С.28.

94. Суходоев И.В. Шумы электрических цепей. М.: Связь, 1975.

95. Кравчук П.Н. Генерация и методы снижения шума в звуковой вибрации. -М.: МГУ, 1991.- 184 с.

96. Любашевский Г.С., Орлов А.И., Тартаковский Б.Д. Компенсация акустических полей и помех, возбуждаемых полигармоническими излучателями // Вопросы кораблестроения: сер. Акустика. Вып. 35.- 1985. - С. 54-64.

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

98. Бланк Ф.Г. К вопросу о звуковом поле вблизи колеблющейся упругой пластины // Акуст. журн. 1968. - Т. 14. - № 1. - С. 42 - 49.

99. Резник A.M. О шумовом поле внутри сферы конечного радиуса, создаваемого слоем простых источников, расположенных на ее поверхности // Акуст. журн. 1965. - Т. 9. - № 1. - С. 79 - 83.

100. Усоскин Г.И. Статистические свойства поля излучения цилиндрической оболочки // Акуст. журн. 1972. - Т. 18. - № 1. - С. 119 - 127.

101. Плахов Д.Д. Корреляционные соотношения в звуковом поле бесконечной пластины // Акуст. журн. 1968. - Т. 14. - № 2. - С. 298 - 299.

102. Горелик А.Г., Зверев В.А. К вопросу о взаимодействии звуковых волн // Акуст. журн. 1955. - Т. I. - № 4.

103. Korman M.S. Beyer R.T. Nonlineer scattering of crossed ultrasonic beats in the presence of turbulence water, p. II theory//JASA, 1989. V 85, №2 p 611-620

104. A.c. 323145 СССР от.30.10.1991/ B.C. Колмогоров, C.A Бахарев

105. Попов П.Н., Буланов В.А., Воронина Л.Г. Отчет об экспедиционных работах в рейсе № 12 НИС «Академик Виноградов». Владивосток: ТОЙ, 1989.

106. Буланов В.А., Полениченко В.Д. Эффективность параметрического взаимодействия акустических волн в приповерхностном слое моря, содержащем газовые пузыри. Владивосток: ИПМТ, 1990. - 35 с.s1.a î

107. Акуличев В .A., Буланов В.А., Шеховцов Д.Н. Влияние поверхностного j волнения на параметрическую генерацию звука в резонаторе // Методы и средства гидрофизических исследований океана. Владивосток: ДВГУ, 1993.

108. Qian Zu-wen, Shao Dao-Juan Some interesting phenomena of first subharmonik of sound in water Проблемы нелинейной акустики// Сб. трудов симпозиума 1ИРАР — I ТАМ по нелинейной акустике. Новосибирск. 1987. Ч. I.

109. Патент РФ на изобретение № 2130646 от 20.05.1999. Способ обнаружения объектов в контролируемой зоне / H.A. Трефимов и др.

110. Колмогоров B.C., Калашников И.И., Сенченко А.Г. О возможности использования адаптивного фильтра в охранной системе интерференционного типа при обнаружении движущегося подводного объекта // Специальная техника 2008. -№ 1 - С. 14-17.

111. Колмогоров B.C. и др. Адаптивная фильтрация контролируемого сигнала на фоне виброакустической помехи // Приборы. 2008. - № 2. - С. 25-30

112. Колмогоров B.C., Крючков А.Н. Метод компенсации виброакустической помехи на основе принципов адаптивной фильтрации контролируемого,; сигнала,// • Контроль. Диагностика. 2008. - № 6. - С. 21-25

113. Колмогоров B.C., Крючков А.Н. Экспериментальная проверка метода адаптивной компенсации виброакустической помехи // Приборы и техника эксперимента. 2009. - № 1. - С. 58-64.

114. Колмогоров B.C., Крючков А.Н. Амплитудная модуляция в параметрических антеннах реверберационного типа // Акуст. журн. 2009. - Т. 55 - № 3. - С. 388-394.

115. Мироненко М.В. и др. Применение гидролокации на просвет в системах морского мониторинга / Морские исследования и технологии изучения природы Мирового океана. Владивосток: СКБ систем автоматизации морских исследований ДВОРАН, 2005.-С. 114-124.

116. Писаревский И.Ф. Новое направление в локации подвижных объектов // Радиотехника. 2004. - № 3 - С. 88-91.

117. Шмелев А.Б. Рассеяние волн статистическими неровными поверхностями // УФН. 1972. - Т. 106. - № 33.

118. Растригин JT.A. Адаптация сложных систем (методы и приложения). Рига: Зинатне, 1981.-394 с.

119. Воронцов М.А., Шмальгаузен В.И. Принципы адаптивной оптики. М.: Наука, 1985.-336 с.

120. Домбровский Р.Н., Егоров В.Л., Карелин A.B. Метод получения качественного изображения при распространении когерентного излучения в случайно-когерентной среде / га. Phis. News, online journal v.2. 2005.

121. Растригин Л.А., Рипа K.K. Автоматная теория случайного поиска. Рига: Зинатне, 1973.-338 с.

122. Растригин Л.А. Статистические методы поиска. -М.: Наука, 1968. 376 с. ■

123. Бурдик B.C. Анализ гидроакустических систем. Л.: Судостроение, 1988.392 с.

124. Васильев В.Н., Гуров И.П. Компьютерная обработка сигналов в приложении к интерфереметрическим системам. СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 1998. - 240 с.

125. Гершман С.Г., Тужилкин Ю.И. Об интерференции широкополосных шумовых сигналов- // Акуст журн. выпЛ1965.- Т.П.

126. Антенные решетки (методы расчета и проектирования) обзор зарубежных работ / под ред. Л.С. Беменсона - М.: Советское радио, 1966.

127. Долгих В. Н., Бойко К. П. Направленность гидроакустических антенн при учете пространственно-временных свойств сигналов и помех // Сб. статей НТК. -Владивосток: ТОВМИ, 1999.

128. Долгих В.Н. О возможности создания гидроакустических антенн с высокой направленностью // Научные труды Дальрыбвтуза. Вып. 14. - Владивосток: ДВТРХУ, 2001.

129. Долгих В.Н., Колмогоров B.C., Омельченко A.B. О возможности обнаружения и пеленгования цели в зоне Френеля // Сб. статей „Проблемы и методы разработки и эксплуатации вооружения и военной техники ВМФ". Вып. 60. Владивосток: ТОВМИ, 2006. - С. 130 - 134.

130. Кравчун П.Н. Генерация и методы снижения шума и звуковой вибрации. -М.: Изд-во МГУ, 1991. 184 с.

131. Ланге Ф. Корреляционная электроника: пер с нем. Л.: Судпромгиз, 1963. -447 с.

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

133. A.c. 316507 СССР от 28.12.87 / В.С.Колмогоров, Р.А.Курмашев,

134. Акуличев В.А., Буланов В.А. Исследования неоднородностей морской среды методами акустического зондирования / Дальневосточные моря России: М.: Наука, 2007. - Кн. 4-628 с.

135. Новиков В.К. Статистические измерения в судовой акустике. Л.: Судостроение, 1985. - 272 с.

136. Зверев В.А. Физическая природа шумов акустических антенн в мелком море // Акуст. журн. 1995. - Т. 41 - № 5. - С. 790-794.

137. R.J.Urick. Measurements of the vertical coherence of the sound from a near-surface in the sea and the effect on the gain of an adolitive vertical array. JASA, vol 54, №1, 1973.

138. Жуков В.Б. Теория синтеза и оптимизации антенн. — СПб.: Элмор, 2001.164 с.

139. Защита радиолокационных систем от помех. Состояние и тенденции развития / под ред. А.И. Канащенкова и А.И. Меркулова. М.: Радиотехника, 2003. - 416 с.

140. Хохлов B.K. Обнаружение, распознование и пеленгации объектов в ближней локации. М.: Изд -во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 336 с.

141. Колмогоров B.C. Гетеродинные методы обработки гидроакустических сигналов в задачах освещения ближней обстановки. Владивосток: ТОВМИ, 2009. — 204 с.

142. Коваленко В.В .Тенденции развития гидроакустических методов подводного наблюдения / Труды Нижегородской акустической сессии ННГУ, 2002. - С. 15 - 17.

143. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустика: состояние и актуальные проблемы.- СПб.: Наука. 2004. 410 с.

144. Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Компьютеризированный курс М.:ФОРУМ: ИФРА-М, 2005. - 432 с.

145. Лобкова Л.М. Распространение радиоволн над морской поверхностью.-М.:Радио и связь, 1991. 256 с.

146. Харкевич A.A. Нелинейные и параметрические явления в радиотехнике. -М. Гос. издательство технико-теоретической литературы, 1956. 184с.

147. Романов В.Н., Иванов B.C. Излучение звука элементами судовых-конструкций СПб.: Судостроение, 1993". - 212 с.

148. Никифоров A.C. Акустическое проектирование судовых конструкций Л.: Судостроение, 1990.- 200 с.

149. Жуков В.Б. Теория синтеза и оптимизации антенн. СПб.: Элмор,2001.- 164с.

150. Руденко О.В., Соулян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики.-М.: Наука, 1975.

151. Монзинго P.A., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. М.: Радио и связь, 1986.

152. Отчет о НИР "Камертон". Разработка программного обеспечения и приборного состава, методических рекомендаций и инструкций для измерительного комплекса на базе ПЭВМ Владивосток. ТОВМИ, 2000.

153. Отчет о НИР "Гамма". Обеспечение навигационной безопасности плавания ПЛ на основе спектрального анализа данных г/а систем.- Владивосток. ТОВМИ, 2000.

154. Отчет о ВИР «Компаунд» Обнаружение морских целей в неблагоприятных гидроакустических условиях. Владивосток. ТОВМИ, 2002.92 е.

155. Отчет о НИР "Доменанта". Исследование возможности обнаружения морских целей по их гидродинамическому полю при использовании ГАС. Владивосток. ТОВМИ, 2001.

156. Частный отчет о НИР «Тест» Исследование влияния технического состояния корабельных гидроакустических средств на их фактические ТТВ Владивосток, ТОВМИ, 2003, 32с.

157. Отчет о НИР «Кантилена» Обнаружение морских целей в условиях многолучевого распространения сигнала Владивосток, ТОВМИ, 2006.

158. Отчет о НИР «Тифон» Использование корреляционных измерений для обнаружения морских целей гидроакустическими средствами с разряженными антенными решетками Владивосток, ТОВМИ, 2007.

159. Отчет о НИР «Клавир» Обнаружение морских целей в ближней зоне ГАС -Повышение помехоустойчивости корабельных ГАС Владивосток, ТОВМИ, 2007.

160. Отчет о НИР «Блесна 2ГА» Разработка предложений по применению ина-вационных методов обнаружения подводных диверсантов(террористов) ^защите от них охраняемых объектов Владивосток, в/ч 90720, 2009.

161. Отчет о НИР «Помеха 8» Повышение помехоустойчивости корабельных ГАС - Владивосток. ТОВМИ, 2009.

162. Способ формирования отклика антенны гидроакустической станции и уст-ройство-для-его-реализации-/ патент на изобретение № 2382535 от 28.04.2008, зарегистрирован в Гос. реестре 28.01.2010. Колмогоров B.C., Пономарев В.В.