Методы обработки сигналов в гидролокационных системах при решении задачи зондирования донной поверхности

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы обработки гидроакустических данных, регистрируемых с помощью гидроакустических исследовательских комплексов. Особое внимание уделено обзорным и интерферометрическим гидролокаторам. Проведен анализ существующих решений по теме исследования, отмечены основные результаты, достигнутые российскими коллективами разработчиков-исследователей. В соответствии с нормативной документацией определены минимально допустимые погрешности измерений при формировании карт донной поверхности для различных хозяйственных отраслей. В качестве одной из важных проблем, влияющих на эффективность проведения обзорных работ с помощью гидролокационных комплексов авторами определяется проблема сжатия первичных данных, которая, как правило, приводит к потере информации без возможности ее восстановления. Указанные недостатки применяемых в комплексах методов сжатия-восстановления первичной информации и обработки гидроакустических данных снижают общую эффективность применения комплексов как при использовании обзорного гидролокатора, так и при использовании интерферометрического гидролокатора бокового обзора. Следует отметить, что указанная авторами проблема характерна исключительно при использовании в качестве зондирующих импульсов простых тональных сигналов. В рамках численного эксперимента показано, что использование в качестве зондирующих импульсов сигналов с линейно-частотной модуляцией позволяет достаточно эффективно применять комплекс в режиме обзорного гидролокатора. Приведены результаты численного эксперимента для оценки пространственного положения объекта на дне по гидролокационным изображениям с применением информации о разнице фаз принимаемых сигналов при использовании интерферометрического гидролокатора. На основании результатов эксперимента определены требования для качества регистрации отраженных сигналов различного типа в интерферометрических гидролокаторах бокового обзора. Авторами предложен способ разрешения отраженных (с частичным перекрытием и наложением) гидроакустических тональных сигналов, основанный на методе деления спектров. Для повышения эффективности при обработке сигналов с линейно-частотной модуляцией авторами предлагается улучшать точность определения момента обнаружения сигнала за счет корректировки по фазе, рассчитанной через наклон скорости изменения частоты модулированного сигнала.

Abstract

The paper deals with the processing of hydroacoustic data recorded with help of hydroacoustic research complexes. Particular attention to classic and interferometric sonars is paid. In accordance to the regulatory documentation, the minimum permissible measurement errors for the formation of bottom surface maps for various economic sectors are determined. As one of the important problems affecting the effectiveness of survey work with sonar complexes, the authors determine the problem of primary data compression, which, as a rule, leads to information loss without the possibility of its recovery. These drawbacks of the methods of primary information compression-recovery and processing of hydroacoustic data used in complexes reduce the overall effectiveness of the complexes usage both with the use of sidescan sonar and with the use of an interferometric side-scan sonar. In the framework of a numerical experiment, it has been shown that the use of chirp signals as probing pulses makes it possible to effectively apply the complex in the survey sonar mode. The results of the numerical experiment for estimating the spatial position of the object at the bottom of the sonar images using the phase difference information of the received signals using an interferometric sonar are presented. Based on the results of the experiment, the requirements for recording quality of reflected signals of various types in interferometric side-scan sonar are determined. A method of resolving the reflected (with partial overlap and overlay) hydroacoustic tones, based on the method of dividing the spectra is proposed by the authors. To improve the efficiency of the chirp signal processing, the authors suggest to improve the accuracy of the detection of the signal detection time due to the phase correction calculated through the slope of the frequency change rate of the chirp signal.