Метод адаптации формы диаграммы направленности приемной системы к угловым и частотным характеристикам помехи при измерении гидроакустического поля

Впервые в комплексе для измерения гидроакустического поля кораблей, использующем антенную решетку гидрофонов, реализован метод адаптации формы диаграммы направленности приемной системы к угловым и частотным характеристикам помехи, который одновременно обеспечивает метрологические требования к точности измерений и высокую помехозащищенность. Адаптация характеристик позволила измерять уровни акустического поля до 20 дБ ниже уровня помех. Комплекс прошел государственные испытания и принят в эксплуатацию.

Аннотация:
Адаптивный метод обработки сигналов с антенной приемной системы впервые использован для решения измерительной задачи, то есть, решена задача гарантированного обеспечения не превышения допустимых погрешностей выполнения измерений гидроакустического поля при максимальном подавлении внешних акустических помех.

Характеристика направленности линейной приемной системы синтезируется на сетке частот, охватывающей диапазон от единиц Гц до 10 кГц. Синтез диаграммы производится исходя из заданной точности воспроизведения требуемой характеристики направленности; целевой функцией при этом является минимум мощности помехи на выходе антенной решетки. При синтезе используются реальные характеристики помехи в месте проведения измерений в виде оценок матриц ковариации помехи на сетке частот. Поскольку при синтезе погрешность воспроизведения характеристики направленности никогда не превосходит заданной величины, точность измерений не зависит от пространственной структуры помехи.

Алгоритм реализован в комплексе для измерения гидроакустического поля кораблей. Приемная система комплекса представляет собой неэквидистантную линейную решетку из 29 цифровых гидрофонов, смонтированных на общем кабеле (длина решетки 30 м). Цифровой поток данных с гидрофонов (~10 Мбод) проходит первичную обработку в подводном модуле и далее по кабелю связи длиной 1200 м передается на судно обеспечения, где производится пространственно-временная обработка данных, поступающих с приемных элементов. На рис. 1 показан пример эффективности метода адаптации для условий мелкого моря и близкого интенсивного судоходства. Вариации метода адаптации используются при формировании заданной пространственной характеристики направленности для различных условий измерения: корабля, находящегося в относительной неподвижности над вертикальной антенной, движущегося с постоянной скоростью корабля над вертикальной или горизонтальной антенной. Адаптивный алгоритм формирования угловой зависимости подавляет как внешние акустические шумы, так и псевдозвук, связанный с гидродинамическим возбуждением антенны.

Рис. 1. Пример эффективности использования метода адаптации антенной системы к помеховой обстановке. Представлены уровни помехи для трех разных измерений. Красным показан уровень помех с одиночного приемника, синим – с антенной приемной системы и черным после адаптации приемной системы к помеховой обстановке

Авторы: А. Я. Балалаев, А. С. Бармак, Б. В. Кияшко, П. И. Коротин, Д. А. Орлов, В. В. Пикалев, А. А. Родионов, В. П. Томаров, В. И. Турчин, А. В. Циберев, А. С. Чащин (ИПФ РАН).