Оао «Концерн «цнии «Электроприбор»




Скачать 21,08 Kb.
НазваниеОао «Концерн «цнии «Электроприбор»
Дата04.02.2016
Размер21,08 Kb.
ТипДокументы
УДК 681.88


Ю.В. ШАФРАНЮК¹

ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», г. Санкт-Петербург


ПРОГРАММНЫЙ ИМИТАТОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ ОБНАРУЖЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ ЦЕЛЕЙ, РЕАЛИЗУЕМЫХ В ПАССИВНОЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ С ГИБКОЙ ПРОТЯЖЕННОЙ БУКСИРУЕМОЙ АНТЕННОЙ


В работе описывается имитатор сигналов на выходе приемных элементов гибкой протяженной буксируемой антенны. Приводятся требования к имитатору, общая схема и принцип построения. На примере имитационных данных иллюстрируется его работоспособность.


Введение


Пассивные гидроакустические станции (ГАС) с гибкой протяженной буксируемой антенной (ГПБА) являются одними из основных информационных систем освещения подводной обстановки, позволяющими на достаточно больших дальностях производить обнаружение подводных объектов. Наиболее сложной задачей, решаемой в ГАС с ГПБА, является классификация и определение координат и параметров движения обнаруженных объектов.

Одним из основных этапов разработки алгоритмов классификации и определения координат и параметров движения обнаруженных объектов является их отработка на модельных данных, учитывающих особенности излучения, распространения и приёма сигналов и помех в реальных морских условиях.

Поэтому целью работы являлась разработка алгоритмов и программного обеспечения имитатора сигналов на выходе приемных элементов ГПБА для отработки алгоритмов классификации и определения координат и параметров движения обнаруженных объектов.


Требования к имитатору


Для обеспечения адекватной отработки алгоритмов обнаружения, классификация и определения координат и параметров движения шумящих объектов в реальных морских условиях имитатор должен учитывать:

  1. Конструкцию ГПБА (ее длину, количество приемных элементов, расстояние между ними, рабочий диапазон частот) [1];

  2. Особенности маневрирования и шумоизлучения морских объектов (скорость, курс, глубина, уровень и спектр шумоизлучения в рабочем диапазоне частот в функции скорости объекта, параметры дискретных составляющих в спектре шумоизлучения, обусловленные работой корабельных механизмов, параметры амплитудной вально-лопасной модуляции шума цели, а также модуляции вследствие качки на волнении) [2-4];

  3. Особенности распространения сигнала цели в реальной морской среде (пространственное затухание, многолучевость и аномалию распространения) [5];

  4. Четырехкомпонентную модель распределенной помехи (шумы моря, шумы носителя, гидродинамические шумы обтекания ГПБА, шумы удаленного судоходства) [3,5];

  5. Особенности преобразования сигнала в приёмных каналах антенны [6].


Структура имитатора


С учётом перечисленных требований была предложена следующая структура имитатора, изображенная в виде блок-схемы на рис.1. Ниже приводится описание блоков имитатора.




Рис. 1. Структура имитатора


Блок 1. Имитатор внешней обстановки.

    Имитатор внешней обстановки с заданным шагом по времени (как правило, 1 сек) выдает текущее относительное (относительно носителя ГАС с ГПБА) положение всех объектов и их параметры движения. Он также синхронизирует работу всех остальных блоков.

Блок 2. Гидроакустические расчеты.

В блоке на моменты времени, генерируемые в блоке 1, рассчитываются параметры сигнала каждого объекта и всех видов помех на входе ГПБА. Расчет осуществляется по специальной программе гидроакустических расчетов, учитывающей распространение акустических сигналов и помех в реальном морском волноводе [5].

Блок 3. Формирование распределенных помех.

В блоке производится расчёт воздействия на приёмные элементы антенны помеховой составляющей акустического поля и формирование распределённых помех на выходе антенны [7].

Блок 4. Формирование сигналов локальных источников.

В блоке производится вычисление параметров сигнала от локальных источников на входе антенны и формирование сигналов от локальных источников, приведённых к выходу каждого приёмного элемента ГПБА (с учетом временного сдвига, зависящего от направления прихода сигнала на антенну).

Полученный сигнал от локального источника суммируется с сигналами от других источников и помехой на выходе текущего приёмного элемента. Затем подвергается дискретизации и усиливается, согласно амплитудно-частотной характеристики усиления приёмного тракта антенны. В итоге формируется цифровой сигнал с выхода элементарного приёмного канала во временной области.

Всё программное обеспечение имитатора было написано на языке программирования С++ в стандарте ANSI.

Автором были разработаны блоки 3 и 4 в описанной структуре. Далее подробно будет рассмотрен блок 4.


Метод формирования сигналов локальных источников


Как отмечалось выше, при формировании сигналов от локальных источников необходимо учитывать особенности их шумоизлучения, такие как: уровень и спектр шумоизлучения в рабочем диапазоне частот, параметры дискретных составляющих в спектре шумоизлучения, обусловленные работой корабельных механизмов, параметры амплитудной вально-лопасной модуляции шума цели, а также модуляции вследствие качки на волнении.

В связи с этим, сигнал от каждого локального источника, приведённый к входу антенны, моделируется по следующей формуле [3]:



, (1)

где – временной отсчёт; -й отсчет сигнала; – индекс луча; – число лучей; -й отсчет широкополосной составляющей сигнала объекта с заданным наклоном спектра, моделируемый датчиком нормально распределенных случайных чисел с нулевым математическим ожиданием и единичным среднеквадратическим отклонением; – уровень широкополосной составляющей сигнала объекта, Па; – временная разница в набеге -го луча, с; – модулирующая часть сигнала; – полигармоническая часть сигнала (дискретная часть спектра).

Модулирующая составляющая сигнала моделируется по формуле [4]:

, (2)

(3)

где – индекс гармоники; – число гармоник; – коэффициент модуляции для -й гармоники модулирующего сигнала; – частота -й гармоники модулирующего сигнала, Гц; – случайная фаза -й гармоники; – ширина -й гармоники.

Полигармоническая составляющая сигнала моделируется по формуле:

, (4)

, (5)

, (6)

где – индекс гармоники; – число гармоник; – уровень -й гармоники полигармонического сигнала, приведённый ко входу антенны, Па; – уровень -й гармоники полигармонической составляющей сигнала в точке излучения, Па; – аномалия распространения для -го луча от объекта; – расстояние до объекта в горизонтальной плоскости, км; – коэффициент пространственного затухания; , , – эмпирические коэффициенты модели пространственного затухания, взятые для среднегеометрической частоты диапазона спектрального анализа – , где – нижняя частота спектрального диапазона, а – верхняя; – частота -й гармоники полигармонического сигнала, Гц; – случайная фаза -й гармоники; где – ширина -й гармоники.

Уровень широкополосной составляющей сигнала для каждого объекта на входе антенны вычисляется по следующей формуле на основе данных помехо-сигнальной обстановки:

, (7)


где – приведенный уровень широкополосной составляющей сигнала в точке излучения, Па/Гц.


Результаты тестирования имитатора


С целью проверки работоспособности разработанного имитатора были проведены проверки по следующим параметрам:

1. Приведённая мощность помехи на входе антенны.

2. Наклон сплошной части спектра помехи.

3. Частоты формирования ДС в спектре сигнала.

4. Частоты формирования амплитудных огибающих (АО) в спектре сигнала.

Для проведения проверок были составлены эпизоды, имитирующие взаимное положение носителя ГАС и объектов. При этом взаимное положение объектов описывалось на плоскости с помощью галсов, где галс характеризовался равномерным прямолинейным движением. Длительность каждого эпизода составляла 10 минут.

В таблицах 1 и 2 приведены описания тестовых эпизодов. Эпизод 1 позволяет провести первые две проверки: проверки приведённой мощности помехи и наклона сплошной части помехи. В свою очередь, эпизод 2, имитирующий один объект, позволяет проверить частоты формирования ДС в спектре сигнала и его АО.

Таблица 1


Описание поведения носителя ГАС


Номер эпизода

Описание поведения носителя ГАС

Координаты

Курс,

град

Скорость,

уз

Глубина,

м

Х, км

Y, км

1

0

0

0

0

100

2

0

0

-90

0

100


Таблица 2


Описание поведения объектов


Номер эпизода

Число

объектов

Описание поведения объекта

Координаты

Курс,

град

Скорость,

уз

Глубина,

м

Х, км

Y, км

1

0

-

-

-

-

-

2

1

-10

17,5

90

10

5


В таблицах 3-6 приводятся полученные и заданные значения проверяемых параметров.

Таблица 3


Результаты проверки давления на входе антенны


Моделируемое значение давления, дБ

35,56

Измеренное значение давления, дБ

35,57

Разность, дБ

0,01



Таблица 4

Результаты проверки наклона спектра на входе антенны


Моделируемое значение наклона спектра, дБ/октава

-6,0

Измеренное значение наклона спектра, дБ/октава

-6,04

Разность, дБ/октава

-0,04


Таблица 5

Результаты проверки частот формирования ДС в спектре сигнала


Измеренная частота ДС, Гц

Моделируемая частота, Гц

Разность, Гц

50,05

51,0

-0,95

68,0

69,0

-1,0

101,1

102,0

-0,9

313,15

314,0

-1,15


Таблица 6


Результаты проверки частот формирования ДС в спектре АО


Измеренная частота ДС, Гц

Моделируемая частота ДС, Гц

Разность, Гц

0,19

0,2

-0,01


На рисунке 2 приведен график зависимости частот ДС от времени, иллюстрирующий стабильность формирования ДС во времени.




Рис. 2. Зависимость частоты ДС от времени


Как видно из приведённых выше таблиц разность полученных и заданных значений параметров не превышают следующих величин: приведённой мощности помехи на входе антенны - 0,01 дБ; наклона спектра помехи - 0,04 дБ/октава; формирования ДС и истинных значений частот ДС - 1,15 Гц; частот формирования ДС в спектре АО - 0,01 Гц. Полученные результаты являются вполне допустимыми для практических приложений. Это позволяет сделать вывод, что проверки прошли успешно.


Заключение


Разработан и протестирован имитатор сигналов на выходе приемных элементов ГПБА, учитывающий особенности излучения, распространения и приема сигналов и помех в реальных морских условиях, влияющие на эффективность работы ГАС с ГПБА. Разработанный имитатор позволяет проводить отработку алгоритмов обнаружения, классификации и определения координат морских шумящих объектов.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 11-08-01097-а и 12-08-00511-а).


ЛИТЕРАТУРА


  1. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. – СПб.: Наука, 2004. – 143 с.

  2. Справочник штурмана / Под ред. В.Д.Шандабылова – Москва: Воениздат, 1968. – 544 с.

  3. Урик Р. Дж. Основы гидроакустики. – Л.: Судостроение, 1978. – 445 с.

  4. А.А.Кудрявцев, К.П.Лугинец, А.И.Машошин. Oб амплитудной модуляции подводного шумоизлучения гражданских судов // Акустический журнал. 2003. – том 49. – №2. – С. 224–228.

  5. Акустика океана / Под ред. акад. Л.М.Бреховских. – М.: Наука, 1974. – 693 с.

  6. Малышкин Г.С. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов. Т.1. Оптимальные методы. Т.2. Адаптивные методы. – СПб: ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2009, 2011. – 374 с.

  7. Ю.В. Шафранюк. Имитатор сигналов на выходе приемных элементов пассивной гидроакустической станции с гибкой протяженной буксируемой антенной // Научо-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, в печати.




¹ Научный руководитель д.т.н., профессор Машошин Андрей Иванович




Похожие:

Оао «Концерн «цнии «Электроприбор» iconПрограмма второй конференции молодых ученых и специалистов
Васильев И. Н. – инженер 2 категории ОАО «Концерн «Океанприбор», Костюченко А. А. – начальник научно-исследовательского сектора ОАО...
Оао «Концерн «цнии «Электроприбор» iconДокументация об открытом аукционе в электронной форме на право заключить договор на поставку канцелярских товаров для нужд ОАО «Концерн «Автоматика»
На право заключения договора на поставку канцелярских товаров для нужд ОАО «Концерн «Автоматика»
Оао «Концерн «цнии «Электроприбор» iconДокументация открытого запроса предложений
Открытого запроса предложений на право заключения договора На оказание услуг по финансовой аренде автотранспортного средства skoda...
Оао «Концерн «цнии «Электроприбор» iconИсполнитель ОАО «Концерн «Системпром» инн 7708753935, кпп 770801001 р/с 40702810538290015099
Исполнитель обязуется оказать услуги по организации участия представителей Заказчика в работе Всероссийской научной конференции 2013...
Оао «Концерн «цнии «Электроприбор» iconОао «Объединенная энергетическая компания» от 27. 07. 2010 №81 СТАНДАРТ ОАО «оэк»
Оао «оэк» (далее  стп) определяет требования к подрядным организациям при их допуске к работам, порядок взаимодействия, организации...
Оао «Концерн «цнии «Электроприбор» iconОао «Промсвязьбанк» Application of Accession
Правилам обмена Электронными документами по Системе «psb on-Line» в ОАО «Промсвязьбанк» (в редакции, адаптированной для применения...
Оао «Концерн «цнии «Электроприбор» iconОао «Промсвязьбанк» Application of Accession
Правилам обмена Электронными документами по Системе «psb on-Line» в ОАО «Промсвязьбанк» (в редакции, адаптированной для применения...
Оао «Концерн «цнии «Электроприбор» iconСписок аффилированных лиц открытое акционерное общество «Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях»
«Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях»
Оао «Концерн «цнии «Электроприбор» iconОао «Автовокзалы Удмуртии»
Общая характеристика открытого акционерного общества ОАО «Автовокзалы Удмуртии» (далее оао)
Оао «Концерн «цнии «Электроприбор» iconОоо «экспоформа-сервис» ОАО «Ленэкспо» Калинин М. Н. Алексеев С. П. 1 декабря 2010 г. 1 декабря 2010 г
На основании «Общих условий участия в выставках на территории ОАО «Ленэкспо» Генеральному застройщику ОАО «Ленэкспо» (в дальнейшем...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница