Способ пространственной обработки эхо-сигналов

(5)5 6 Я ПАТЕНТУ акти ком Ю.В,Рыбальвя гидролокаранственноустической 1988, с. 87.НОЙ ОБРАакустике а объект(ОО) = 931(ШО)Ь(ЮЭ)1 В ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБР(56) Зарайский В.А. и др. Теориции. Л., В МА, 1975, с. 437-454,Гусев В.Г. Системы просвременной обработки гидроаинформации. Л.: Судостроение(57) Изобретение относится к гии может быть использовано,Изобретение относится к области гидролокации и может быть использовано когда объект активнойгидролокации является источником интенсивных шумовых помех, маскирующих эхо-сигналы.Известны способы пространственной обработки сигналов в поле распределенной и локальной помех,Наиболее близким по технической сущности является способ пространственной обработки сигналов, заключающийся в обелении входного процесса по распределенной помехе и компенсации антенной решетки в направлении на цель.Недостаток известного решения - невозможность пространственной фильтрации локальной помехи, создаваемой шумоизлучением лоцируемой цели. т.к, не учитываются отличия фазовых структур эхосигналов и Шумовых помех цели (в дальнейвной гидролокации является источниинтенсивных шумовых помех, маскирующих эхо-сигналы. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости гидролокатора в условиях интенсивного шумоизлучения лоцируемой цели. На выходах компенсаторов лучей производится взвешенное когерентное суммирование шумовых помех цели и эхо-сигналов и фильтрация результата когерентного суммирования скалярным фильтром, а затем вычитания результата фильтрации из результата когерентного суммирования эхосигналов, 2 ил,. шем - локальных помех), обусловленных различной природой источников формирования первичного и вторичного акустических полей.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости гидролокатора в условиях интенсивного шумоизлучения лоцируемой цели.Это достигается путем учета отличий фазовых структур эхо-сигналов и локальных помех в угломестной плоскости.В реальных условиях многолучевого распространения каждый луч, приходящий в пространство приемной антенной решетки, в общем случае содержит энергию как . эхо-сигнала, так и локальной помехи,Матрицы МхМ взаимной спектральной плотности мощности эхо-сигналов определяется выражением1796063 ОМ(Во) =-- 1до я записи аргумент оЪ ча=( - ) з 1 п а)б с теристика ного произ ирующе/помеха в ой помех,астотная хара ого многомер льтра, максим шение сигнал ной и локальн ажением= Ио (-8- 11 Р 1-р) .1 25 комплек др 11 р Йо характери скалярного нэя частотфильтра.Подстащие выра ляя в формулу (8) ения (1)-(7), с учето 1 ХСйехр(-) Ь1 - 1 оотве м(8) п ву- чаго,Индексы (+) икомплексного сопвания соответствеМатрица МхМплотности мощносределяется выраж(т) обозняженияно.взаимнти локалнием ачают операции и транспониро 6 л) Но" Йо й спектральной ьной помехи оп 3 10(2)фТ ( 1 Ь(й)о) - вектор, составленный из М компонент Фурье - изображений ехр(-1 обад)гп) временных задержек процессов на элементах антенной решетки, где )т) Е(0,а-Т) - порядковый номер элемента антенной решетки б - межэлементное расстояние, С - скорость звука;а - угол места прихода 1-го луча;1 Е(1, 1) ды( йЪ) - спектральная плотность мощности (СПМ) эхо-сигнала, принимаемого по .1-му лучу;во - фиксированная частота;т 81)- временная задержка 1-го луча относительно первого, принятого в качестве опорного (наиболее интенсивный луч);рз 1) - дополнительный фазовый сдвиг эхо-сигнала 1-го луча относительно опорнодр)( во) - спектральная плотн ощности локальной помехи, прини по1-му(1 Е(1, 1) лучу;тр)ь Д 1) - вРеменнэЯ заДеРжка и До полнительный фазовый сдвиг локальной помехи 1-го луча относительно первого со ответственно.Величины 11( в) и во были определены ранее,Матрица МхМ взаимной спектральной плотности мощности распределенной поме хи определяется выражениемСп(В ) = дп(жо)МО)о), Я где дл(йЬ, - спектральная плотность мощности распределенной помехи,Мр( йЬ) - нормированная МхМ матрица взаимной спектральной плотности мощности распределенной помехи Мйо(що.Рассмотрим ситуацию, когда локальная помеха преобладает, т.е. Для упрощени стоты опустим.Комплексная ч (КЧХ) оптимальн странственного фи го выходное отно поле распределен определяется выр Формула (10) определяет способ оптимальной. пространственной обработки . эхо-сигналов в условиях интенсивного шумоизлучения цели, который заключается в:- обелении входного процесса по распределенной помехе (обращение матрицы Йо и умножение на вектор входной временной выборки спектральных отсчетов, снятых с элементов антенной решетки);- компенсации антенной решетки в угломестной плоскости для приема 1 лучей(скалярное умножение обеленного процесса на векторы-столбцы,Е(1, ;- когерентном суммировании эхо-сигналов и локальных помех на выходах компенсаторов лучей (параллельное 5скалярное умножение на коэффициентыСмехр(-) Ьез 1) и Срехр(-) Ьеи) с последующим суммированием однородных ветвей;- вычислении составляющей локальной 10помехи, которая содержится в результатекогерентного суммирования эхо-сигналов(фильтрация результата когерентного суммирования локальной помехи фильтром скомплексной частотной характеристикой 15Ьр);- компенсации локальной помехи(вычитание из результата когерентного суммирования эхо-сигналов выходного эффектафильтра с КЧХ 1 р), 20Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фиг. 1, гдеиспользованы следующие обозначения:1 - антенная решетка,2 - блок обеления входного процесса пораспределенному шуму;3.1-3,- диа граммо-формирующие устройства по углам прихода лучей;4.1-4. - блоки скалярного умножения ЗОна коэффициенты Сзехр(-) Лбьи );5,1-5. - блоки скалярного умноженияна коэффициенты СрехрЯ Ь 61 );6, 7 - сумматоры;8 - фильтр с комплексной частотной характеристикой Ьр,9 - .вычитающее устройство.Оценка величин 681 производитсяна момент приема эхо-сигналов, когда последние заведомо отсутствуют.40Оценка величин Ь 61 возможна, путем максимизации результата когерентного суммирования эхо-сигналов припереборе возможных значений фазовых задержек ( Ьньн), отличных от соответствующих задержек 681 локальныхпомех.Коэффициент помехоустойчивости алгоритма оптимальной пространственнойобработки (9) определяется формулой 0 -з Но 1-з йо -з - Нр.з йор (15) Первое слагаемое в выражении (15) есть коэффициент помехоустойчивости антенной 55решетки в поле только распределенной помехи, а второе - определяет величину ухудшения помехоустойчивости в результатевоздействия локальной помехи. Нормируем коэффициент помехоустойчивости (15) к коэффициенту помехоустойчивости антенной решетки в поле распределенной помехи,В результате получим Подставляя в формулу (16) соответствующие выражения (1)-(7) с учетом (8). пол- учим Интенсивность принимаемого эхо-сигнала и локальной помехи 1-го луча могут быть вычислены по формулам Ро го Й 2 10фп + Ая Х Ал- (18)где Ро -давление зондирующего сигнала на оси характеристики направленности, Па;го - 1 м - условное расстояние;/3 - коэффициент потерь при распространении, дБ/км;о - рабочая частота, кГц;и - показатель степени при частоте в функции спектральной плотности мощности локальной помехи;Рш - давление локальной помехи в по-. лосе приема, приведенное к расстоянию 1 м от,цели, Па;А - значение фактора аномалии -го луча.Если расстояние п, пробегаемые -ми лучами, примерно одинаковы, и отличием потерь на распространение различных лучей можно пренебречь, то отношение интенсивностей эхо-сигналов и локальных помех -го и )-го лучей будет равно1796063 8 Поскольку интенсивность 1 м эхо-сигналов и локальных помех 1-го луча пропорциональны соответствующим спектральным плотностям мощности, то на основании выражений (3) и (6), с учетом (20) и (21), получа емСз =Р 2)АцС= (23)Р= А 10 Для варианта двухлучевого распространения, т.е,= 2. Подставляя выражения (22) и (23) в (17), с учетом (13), получаем(24) 20На фиг. 2 представлены зависимости нормированного коэффициента СГ(1-2) по отношению А 2/Ап факторов аномалии для различных значений фазового сдвига ЬОг, построенные в соответствии с фор мулой (24), в логарифмическом масштабе. Анализ графиков показывает, что при 30 Способ пространственной обработки эхо-сигналов, заключающийся в обелении 35 входного процесса по распределенному шуму и компенсации антенной решетки в угломестной плоскости для приема 1-лучей, о тл ича ющийсятем,что,сцельюповышения помехоустойчивости в условиях интен сивного шумоизлучения лоцируемой цели, дополнительно на выходах компенсаторов лучей производят взвешенное когерентное суммирование шумовых помех цели и эхосигналов, осуществляют Фильтрацию ре зультата когерентного суммирования шумовых помех цели скалярным фильтром с комплексной частотной характеристикой пр и вычитают результат фильтрации из результата когерентного суммирования эхо сигналов, при этом весовые коэффициенты при когерентном суммировании шумовых , помех и эхо-сигналов, принимаемых по 1-му г Х Ср 1=12 (1 - соз ЛОг)О(:,) - А" Формула изобретения Ь О 2 = л ч к (к - 0,1,) и Аа/Аи = 1 помехоустойчивость предлагаемого способа пространственной обработки максимальна и локальная помеха компенсируется полностью, При других соотношениях соответствующих параметров действие локальной помехи приводит к определенным потерям. В наиболее неблагоприятной ситуации (6812 =л й 2 к (к =0,1,) помехоустойчивость предлагаемого способа равна помехоустойчивости известного технического решения. Таким образом, введение операций когерентного суммирования эхо-сигналов и локальных помех на выходах компенсаторов лучей; вычисления составляющей локальной помехи, содержащейся в результате когерентного суммирования эхосигналов и последующего вычитания этой составляющей из результата когерентного суммирования эхо-сигналов, - позволяет существенно повысить помехоустойчивость системы пространственной обработки гидролокатора в условиях интенсивного шумоизлучения цели.( = 1, 1) лучу, определяют соответственно поформуламСв = ъ Ъ 7 ав где 9 м, др - спектральные плотности мощности эхо-сигналов и шумовых помех цели соответственно на Фиксированной частоте, а комплексная частотная характеристика скалярного фильтра определяется выраже- нием 1 Х Ср Сзехр(3(Ь% -ЛЯМ 1.р где Ь 91 ь 681 - Фазовые набеги шумовыхпомех и эхо-сигналов 1-го луча относительноопорного на фиксированной частоте.аказ 446 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производст о ЕуЦ( издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10