Методы обработки сигналов для стационарной системы, работающей в режиме шумопеленгования и согласованной с каналом распространения и характеристиками полей сигнала и помехи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.06, кандидат наук Буй Чыонг Занг

• Буй Чыонг Занг
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Буй Чыонг Занг

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СТАЦИОНАРНОГО ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА, РАБОТАЮЩЕГО В СЛОЖНЫХ ГИДРОЛОГО-АКУСТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

1.1. Современное состояние методов согласованной обработки сигналов в России и за рубежом

1.2. Основные направления исследований, повышающие эффективности работы СГАК в мелководных условиях залива Бакбо

1.2.1. Анализ необходимости построения СГАК в районе залива Бакбо

1.2.2. Анализ района размещения СГАК

1.3. Постановка задачи исследования

Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЛЯ СГАК В РЕЖИМЕ ШП

2.1. Выбор критериев оценки решения задачи при решении задачи обнаружения для ГАС

в режиме ШП

2.2. Анализ инструмента исследования и источников помех в выбранном районе

2.2.1. Общий анализ особенностей выбранной ГАС

2.2.2. Анализ источников гидроакустических помех

2.3. Модели полей сигналов и основных помех, воздействующих на систему

2.3.1. Модель акустических сигналов

2.3.2. Модель динамических шумов (собственного шума) моря

2.3.3. Модель шумов судоходства

2.3.4. Модель гидродинамических шумов

2.3.5. Спектрально - пространственное представление полей сигналов и помех

2.4. Модель канала распространения, учитывающая особенности конкретного района наблюдения

2.5. Структура адаптивного алгоритма обработки для системы ШП, согласованного с каналом распространения

Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛАГАЕМЫЫХ АЛГОРИТМОВ

3.1. Структура и состав аппаратно-программной модели

3.2. Имитационная модель сигналов и шумов

3.2.1. Имитационная модель сигнала

3.2.2. Имитационная модель динамических шумов (собственного шума моря)

3.2.3. Модель шума дальнего судоходства

3.2.4. Модель гидродинамического шума

3.3. Имитационная модель потери под влиянием передаточной среды

3.4. Моделирование отношения сигнал/помеха в адаптивных методах

3.4. Методика оценки эффективности предложенных алгоритмов

3.5. Результат использования адаптивных методов

3.6. Сравнительная оценка эффективности варианта фазового метода по сравнению с традиционным методом

3.7. Устойчивость алгоритма к ошибкам, вызванным неверной оценкой глубин волновода (робастность выбранного алгоритма)

Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ МЕТОДОВ СОГЛАСОВАННОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЛЯ РАЗНЫХ ЗАКОНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОМЕХ

4.1. Фазовый метод для разных законов распределения помех

4.1.1. Влияние вклада отдельных шумов и их типов распределения

4.1.2. При влиянии суммы всех шумов с различными законами распределения

4.2. Оценка эффективности различных законов распределения помех при использовании фазового метода

Выводы по главе 4

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы обработки сигналов для стационарной системы, работающей в режиме шумопеленгования и согласованной с каналом распространения и характеристиками полей сигнала и помехи»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Повышенное внимание к разработкам полезных ископаемых на шельфе и создание для этих целей сложных технических сооружений - нефте- и газодобывающих платформ, требует создания систем освещения надводной и подводной обстановки в местах размещения таких платформ. Задачей таких систем является недопущение несанкционированного проникновения нарушителей в зону работы платформы, контроль судоходства в месте размещения платформы (что особенно актуально в мелководных районах и районах рыбного промысла, где возможно повреждение подводных кабелей и трубопроводов системами рыбного лова).

Не менее актуальной является задача охраны и пресечения несанкционированного доступа в экономически важные районы шельфовой зоны - районы интенсивного рыболовства и т.п. В данной ситуации предпочтителен выбор системы освещения подводной обстановки, работающей в режиме шумопеленгования (ШП), как минимально влияющей на экологическую обстановку в месте установки антенн.

Цели и задачи исследования

Целью исследования является решение научной задачи повышения эффективности стационарных гидроакустических комплексов (СГАК), работающих в режиме ШП, в сложных гидролого-акустических условиях (ГАУ), в том числе в условиях мелководья.

В соответствии с целевой установкой исследования в диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. Анализ и выбор основных направлений повышения эффективности СГАК, работающего в сложных ГАУ.

2. Анализ комплекса алгоритмов обработки гидроакустических сигналов при решении задачи обнаружения для СГАК в режиме ШП, выбор показатели оценки решения задачи.

3. Разработка перспективных алгоритмов обработки гидроакустической информации в режиме ШП, согласованных с характеристиками канала распространения сигнала.

4. Создание физико-математической модели решаемой задачи, разработка и построение имитационной модели, позволяющей производить оценку эффективности предлагаемых алгоритмов обработки и их устойчивости в меняющихся ГАУ.

5. Сравнительная оценка эффективности предлагаемых алгоритмов обработки в рамках данного исследования.

6. Оценка устойчивости предлагаемых алгоритмов при ошибках оценки характеристик полей помех, воздействующих на систему.

7. Выработка рекомендаций по использованию предлагаемых в работе алгоритмов обработки в СГАК, работающих в сложных ГАУ Восточного моря Вьетнама.

Объектом исследования является СГАК, работающий в режиме ШП, предназначенный для освещения подводной и надводной обстановки в экономически важном районе Мирового океана.

Предметами исследования являются модели сигналов и помех в режиме ШП, учитывающие процесс распространения сигнала в реальном гидроакустическом канале с известными параметрами; адаптивные методы

обнаружения сигналов в режиме ШП, согласованные с параметрами канала распространения и характеристиками полей сигнала и помехи.

Методы исследований

Для решения поставленных задач были использованы следующие научные методы:

1. Поиск средств повышения эффективности гидроакустических средств;

2. Теоретические исследования;

3. Создание и исследование математических моделей.

Для решения поставленных задач в диссертационной работе используются методы теории подобия и моделирования, теории численных методов интегрирования, теории распространения, приема и излучения звука, теории гидроакустических антенн, методы матстатистики, методика модельного проектирования.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Адаптивные алгоритмы обработки сигналов в режиме ШП, согласованные с параметрами канала распространения и характеристиками полей сигнала и помехи, позволяют повысить отношение сигнал/помеха (ОСП) на выходе тракта обработки за счет введения амплитудно-фазового распределения на элементах антенны.

2. Имитационная модель оценки эффективности и устойчивости алгоритмов обработки для систем обнаружения в режиме ШП, согласованных со средой распространения, позволяет производить сопоставительную оценку эффективности различных алгоритмов, а также оценку их устойчивости к ошибкам задания параметров среды и к различным законам распределения полей помех, воздействующих на входные элементы системы.

3. Методика оценки эффективности и устойчивости алгоритмов обработки сигналов в режиме ШП, согласованных со средой распространения, в сложных ГАУ позволяет производить сопоставление различных алгоритмов обработки в режиме ШП по единому критерию, а также оценивать устойчивость рассматриваемых алгоритмов к ошибкам определения характеристик полей сигналов, помех и канала распространения.

4. Результаты оценки устойчивости предложенного алгоритма обработки к ошибкам оценки характеристик передаточной функции среды (скорости звука в волноводе Пекериса, глубины волновода, характеристики дна) и различным законам распределения полей помех показывают высокую эффективность предлагаемого фазового алгоритма обработки гидроакустической информации в режиме ШП и его устойчивость при ошибках определения характеристик полей сигналов, помех и канала распространения.

Научную новизну представляют следующие результаты:

1. Новые адаптивные алгоритмы обработки сигналов в режиме ШП, применительно к задаче согласования с характеристиками передаточной функции среды.

2. Новая имитационная модель оценки эффективности и устойчивости алгоритмов обработки для систем обнаружения в режиме ШП, согласованных со средой. Предложенная модель позволяет производить сопоставительную оценку эффективности и устойчивости предложенных алгоритмов, подтвердить их выигрыш в ОСП (по сравнению с традиционным методом) на выходе тракта обработки для заданной модели канала распространения в виде волновода Пекериса и выбранных моделей сигнала и помехи на входе тракта обработки.

3. Результаты оценки устойчивости предложенного алгоритма обработки к ошибкам оценки характеристик передаточной функции среды и для различных законов распределения полей помех.

Теоретическая значимость

Предложенная автором в рамках работы имитационная модель в среде МАТЬАВ позволяет проводить сопоставительную оценку эффективности (по выбранному показателю) различных алгоритмов обработки, обеспечивающих согласование с характеристиками сигналов, помех и канала распространения, а также их устойчивости к ошибкам оценки характеристик передаточной функции среды (скорости звука в волноводе Пекериса, глубины волновода, характеристик дна) и к различным законам распределения полей помех, воздействующих на входные элементы антенны.

Данная имитационная модель может быть также использована в учебном процессе при подготовке специалистов в области создания гидроакустических средств.

Практическая значимость

Предлагаемый комплекс технических и алгоритмических решений, апробированных на проведенных модельных испытаниях, позволяет повысить эффективность обработки сигналов для СГАК, работающего в режиме ШП и решающего задачи освещения обстановки экономически важных районов Мирового океана.

Численная оценка, полученная в данной работе позволяют оценить выигрыш (по ОСП) одного алгоритма в сравнении с другим конкретным алгоритмом.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием методов исследований; применением современных

компьютерных средств и программ расчетов; а также конкретными результатами компьютерного моделирования для различных условий расчетов, не противоречащих опубликованным результатам, полученным другими авторами.

Внедрение результатов работы

Имитационная модель, созданная в рамках выполнения диссертационного исследования, а также результаты оценки устойчивости алгоритмов обнаружения, согласованных со средой распространения, в режиме ШП, использованы сотрудниками ОАО «Концерн «Океанприбор» в НИР «Акула» и ОКР «Покров», выполняемых в рамках Федеральной целевой программы № 1 по заказу Минпромторга России.

Результаты работы в части имитационной модели могут быть использованы в рамках учебного процесса для оценочной задачи, при произведении оценок эффективности различных алгоритмов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

- Международной конференции "The 6th International Workshop on Information Fusion and Geographical Information Systems: Environmental and Urban Challenges (IF&GIS' 2013)" (Санкт-Петербург, 12-15 Мая 2013г.)

- 3-й молодежной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (МАГ-2013), (Санкт-Петербург, ОАО «Концерн «Океанприбор», 09-11 октября 2013г.).

- XXVII-ой сессии РАО, посвященная памяти ученых-акустиков ФГУП «Крыловский государственный научный центр» А.В. Смольякова и В.И. Попкова. (Санкт-Петербург, 16-18 Апреля 2014 г.)

- 12-ой всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (ГА-2014). (Санкт-Петербург, 27-29 Мая 2014 г.)

- Конференции аспирантов СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, из них 6 работ - в рекомендуемых ВАК РФ изданиях, 3 - в других статьях и материалах конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, одного приложения, списка литературы. Общий объем работы составляет 121 страница машинописного текста, который включает 45 рисунков, 6 таблиц и содержит список литературы из 84 наименований, среди которых 49 отечественных и 35 иностранных источников.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СТАЦИОНАРНОГО ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА, РАБОТАЮЩЕГО В СЛОЖНЫХ ГИДРОЛОГО-АКУСТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

В главе рассматриваются основные сведения о путях повышения эффективности работы СГАК, работающих в сложных ГАУ и в режиме ШП, в том числе об обеспечении согласования со средой (каналом распространения) и характеристиками полей сигнала и помехи.

При обсуждении поставленной задачи представлен аналитический обзор литературы по затрагиваемой теме исследования. Проанализированы нерешенные задачи, включая задачу оценки устойчивости алгоритмов, согласованных со средой и характеристиками полей сигнала и помехи. Далее представлена постановка задачи и предложены основные направления исследований в данной работе.

1.1. Современное состояние методов согласованной обработки сигналов в России и за рубежом

В настоящее время одним из перспективных направлений повышения эффективности обработки гидроакустических сигналов является адаптивный подход, связанный с реализацией алгоритмов обработки гидроакустической информации, согласованных со средой распространения и характеристиками полей сигнала и помехи.

Термин "согласования со средой и характеристиками сигнала и помехи", как правило, включает различные подходы:

1. Классический подход согласования с полем сигнала, в котором учитывается направление прихода и характеристики сигнала.

2. Подход согласования с полем помехи, в котором учитываются направление прихода и характеристики помехи.

3. Подход согласования со средой распространения сигнала, в котором учитываются особенности изменения звукового поля на трассе. Данный подход включает в себе корреляционную связь между реальным полем сигнала, полученным приемниками, и прогнозированным полем, основанным на информации о положении источника и предполагаемой модели среды. Это подход базируется на положении, что ошибки априорных данных о среде (глубины волновода, скорости звука во воде и дне, характеристики дна и т.д.) могут приводить к относительно большой ошибке обнаружения источников сигнала и потере в отношении сигнал/помеха при решении задачи обнаружения.

Исследования по разработке алгоритмов для гидроакустической системы (ГАС), работающей в пассивном режиме (режиме шумопеленгование), активно проводились в последние десятилетия, особенно применительно к решению задач обнаружения и геоакустических исследований океана. В настоящее время в современных пассивных ГАС возникает новое эффективное направление, так называемое "метод согласованной обработки сигналов". Это специальное направление основано на пользовании необходимой информации о характеристиках сигнала и помехи, совместно с априорными данными о канале (или среде) распространения сигнала. Данная техника была впервые предположена Клеем в 1966 году и затем развивалась Хиничем и Бакером в 1972 и 1975 годах [63,66].

На практике в последние годы "согласование со средой и характеристики сигнала и помехи" является одним из эффективных направлений развития средств гидроакустического наблюдения, включенным в задаче совершенствованию гидроакустических средств подводного наблюдения (СПН). Ниже показаны перспективы его использования в ВМС США и странах Западноевропейского союза.

В целях совершенствования созданной для ВС США «Единой информационной среды» (Network Centric Warfare), в 2002 году в США создана система AMPT (Anti-Submarine Warfare Mission Planning Tool) [55]. В этой системе, расчеты, связанные с оценкой дальности распространения сигналов осуществляются как традиционными методами, так и с применением алгоритмов "согласованная с полем обработка" - Matched Field Processing (MFP) для оценок максимально возможных дальностей.

В рамках совершенствования технических систем и СПН и совершенствованию организации их применения, основной упор в научных и опытно - конструкторских разработках делается на повышение эффективности и дальности действия СПН, в неблагоприятной, для работы гидроакустических средств, среде распространения сигналов, каковой является среда в мелководных морях арктического бассейна, обладающая высокой пространственно - временной изменчивостью. При этом проведены исследования моделей распространения звука в мелком море и сделаны вывод о том, что обработка гидроакустических сигналов, в зависимости от условий распространения звука в море, должна осуществляться, как с применением традиционных алгоритмов обработки сигналов, так и с применением алгоритмов, в максимально возможной степени приближенных к алгоритмам "согласованная с полем обработка". Применение MFP обеспечивает получение максимальных, «физически возможных», дальностей обнаружения прямого (или отражённого) сигнала от заданного источника, конкретным приёмником, в сложившихся, конкретных условиях распространения сигналов.

Поэтому, главный вывод об акустических моделях распространения звука, сделанный в США, тоже касается актуальности применения алгоритма согласования со средой : «современные акустические модели распространения волн, в случае если они нужного качества, правильно применены и сопряжены с

адекватными данными об окружающей среде, могут давать решения с получением тактических преимуществ» [50].

Этому направлению посвящены многие теоретические работы, в том числе работа Ван Триса [78] с перечислением ряда адаптивных алгоритмов, в которой понятие согласованной обработки (МБР) обосновано следующим образом: "вместо согласования массива процессоров с плоской волной, следует согласовать его со средой распространения".

Физически «согласованная со средой обработка» подразумевает создание амплитудно-фазового распределения на элементах антенны, обеспечивающего максимальное выходное отношение сигнал/помеха на выходе тракта обработки. Если для плосковолновой модели сигнала достаточно повернуть (механически или электронно) зеркало антенны таким образом, чтобы сигнал попадал на элементы антенны синфазно, то в случае многолучевого распространения, при абсолютном знании параметров волновода и заданной модели сигнала в источнике, можно рассчитать амплитудно-фазовые характеристики полезного сигнала на элементарных каналах и ввести амплитудно-фазовые множители, обеспечивающие синфазность выходов элементарных каналов при их суммировании.

В работе автора Николая Колева [66] кратко представлено определение методов согласованной обработки. Согласно ему, в антенной решетке (АР) в качестве традиционной обработки сигналов, обычный метод формирования веера характеристик направленности (ХН) включает фазовой контроль сигналов в режимах получения (или передачи) для формирования и управления ХН антенны в заданном направлении; а в методах согласованной обработки направляющий вектор определяется предсказанным (расчетным) звуковым давлением с моделей распространения для диапазона координат источника в волноводе с известными вертикальными распределениями скорости звука

(ВРСЗ) и акустическими параметрами дна. Блок-схема реализации таких методов приведена на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 - Блок-схема методов согласованной обработки для оценки положения источников

Кроме того, за последние годы опубликовано большое число зарубежных работ, занимающих вопросом согласованной обработки в различных условиях, подчеркивающих достоинства этого направления в современной технике обнаружения и обработки сигналов [52-60, 64-65, 70-77, 81-84].

Вместе с тем, направление использования методов согласованной обработки в гидроакустике приобретает особую актуальность в современной отечественной (российской) литературе. Выделим ряд исследований, привлекших наше внимание. Хорошо известными работами, решающими различные задачи согласованной обработки, являются следующие:

1. Расчет поля звукового давления на основе псевдодифференциальных параболических уравнений (ПД11У) распространения звука в океане, на базе алгоритма, предложенного автором К.В. Авиловым, хорошо описанного в работах [1-9]. Метод ПДПУ является одной из возможных реализаций волнового метода и имеет существенный выигрыш по сравнению с традиционно используемой реализацией волнового метода в части оперативности расчетов, дает хорошие результаты в сопоставлении с экспериментом в диапазоне низких частот, является надежным, универсальным, и особенно удобен для решения прикладных задач в системах гидроакустических расчетов. Этот метод позволяет вычислять звуковые поля в двумернонеоднородной морской среде, ВРСЗ, глубина и возвышения взволнованной поверхности которой зависят от дистанции. По сравнению с известной программой для расчетов поля, разработанной Акустическим институтом (Тебякин В.П. и др) и используемой для решения ряда прикладных задач, он учитывает переменную в пространстве скорость звука в среде, а также рельеф и структуру морского дна.

Сущность алгоритма метода ПДПУ может быть изложена следующим образом [1-9]:

Задача о вычислении поля звукового давления в двумернонеоднородном волноводе методом ПДПУ с неровной поверхностью Р(х,у) точечного

сосредоточенного на оси z источника 4ttS(0,z-zs) обеспечивающего в однородной среде единичное давление на единичном расстоянии, сводится к решению системы уравнений акустики:

--icopVz =0

dz

(1.1)

ico! рС

dz dx

= 4kÖ(0,Z-Zs)

в полосе (x,z) e (-00,00) *[0,H]

(1.2)

с краевыми условиям

Р(х,0) - 0, Р(х, Н) = 0

|1шА:2 (х,г) > 0,(х,г) е (-оо,оо) *[О.Я]| =>| Р(х,г) |< М

которое ищется в виде

Р(х,2) = '£Ск(х)*<рк(х,г);ке'П (1.4)

к

где амплитуды Ск локальных нормальных волн щ{хь2) суть решения задачи Коши:

?£Ш-Шх)ск(х) = (1.5)

а сами локальные нормальные волны и их локальные волновые числа

&(*) суть решения задачи на собственные значения:

сI 1 й(ри{х,1) 2 2

Р(Х,Х) <ь +к = Ь (*)**(*.*) (1 7)

<рк(х,0) = 0, (рк{х,Н) = О

где Ук1 - коэффициенты взаимодействия локальных нормальных волн.

Метод ПДПУ использует инвариантную относительно базиса формулировку метода и построенную на её основе специальную сеточную схему вычислений. Вычислительная реализация метода ПДПУ осуществляет необходимую на каждом шаге по дистанции интерполяцию свойств среды,

А А

построение в каждом поперечном сечении матриц А и В, вычисления

А А

определенной схеме и вывод вычисленного поля. Где А и В -трёхдиагональные матрицы такие, что:

В"1 А « + к0 -8)

аг р(х, г) аг

Результаты вычислений параметров акустического поля методом ПДПУ в слоистых моделях морской среды полностью совпадают с результатами вычислений методом нормальных волн для тех же моделей. В двумернонеоднородных средах настоящая реализация метода ПДПУ пренебрегает волнами, рассеянными от горизонтальных неоднородностей среды в направлении, противоположном направлению распространения волн и незначительно упрощает взаимодействие между локальными нормальными волнами, бегущими в направлении распространения. Верхняя граница частотной области, в которой практически применим метод ПДПУ, ограничивается только скоростью вычислений и объемом доступной памяти применяемой вычислительной системы. Нижней границей частотной области применимости метода ПДПУ является частота, ниже которой следует учитывать акустогравитационные эффекты распространения звука (совместно рассматривать распространение внутренних и акустических волн), имеющую величину порядка единиц герц.

2. Расчет поля скорости звука в акватории, базирующийся на модели «оперативной океанологии», предложенной Е.В. Семеновым [44];

В его работе обосновано, что, причиной, приводящей к необходимости применения достаточно сложных методов оперативной океанологии, является изменчивость морской среды. На этом основании описаны оперативные численные модели гидрофизических полей океана:

Каждая система оперативного мониторинга (СОМ) гидрофизических полей, реализующая задачу оперативной океанологии технологически включает три основных компонента: специализированную наблюдательную сеть, математический блок усвоения натурной информации и специализированную математическую численную модель, которая в итоге и вычисляет динамически согласованные, удовлетворяющие основным законам сохранения гидрофизические поля в режиме реального времени. В основе любой СОМ

лежит требование выполнения расчета с заданной точностью параметров морской среды (полей течений температуры, солености, плотности и давления) в реальном времени и с необходимым пространственно-временным разрешением.

В работе также проанализированы проблемы создания систем оперативного мониторинга, приведены результаты по реализации системы оперативного мониторинга гидрофизических полей Баренцева моря и доказана актуальность использования информации о морской среде. Автором подчеркивается, что современные гидроакустические расчетные методы опираются на т.н. согласованные методы расчета акустических параметров, включающиеся в себя информацию о состоянии морской среды в реальном времени, позволяет, по имеющимся оценкам, вдвое увеличить дальности обнаружения.

3. Расчет цифровой модели рельефа и структуры дна акватории, базирующийся на результатах диссертационной работы С.Л. Никифорова [35];

В работе разработаны принципы создания цифровая модель рельефа на основе анализа данных натурных исследований и картографического материала в ГИС формате (формат данных географических информационных систем) с целью решения фундаментальных и прикладных задач. Цифровые модели открывают огромные возможности и позволяют построение цифровых карт любого масштаба без потери первоначальной нагрузки и информативности, а также различных 3-х мерных изображений и анимации, проводить совмещение с другими данными, выполнять сравнительный математический анализ и т.д. Особое значение цифровая модель рельефа имеет для геоакустических исследований, где систематизация и анализ имеющихся в настоящее время данных о рельефе имеет решающее значение.

4. Численное моделирование алгоритмов адаптивной обработки для ГАС в режиме ШП, предложено учеными Акустического института Баронкиным В.М, Гладилиным A.B. [10-12, 21-22].

В работе [22] сформулированы подходы к решению задачи анализа чувствительности алгоритмов согласованной обработки к исходным данным и исследовано влияние неточного задания передаточной функции среды на эффективность отношения сигнал/помеха (ОСП) локально-оптимальных алгоритмов обнаружения и приведены примеры расчета эффективности для мелкого моря.

В работе показано, что максимально возможное использование доступной информации относительно статистических характеристик излучаемого поля, условий распространения звукового поля и поля помех является одним из реальных путей повышения эффективности алгоритмов пространственно-временной обработки в пассивных ГАС наблюдения. В связи с этим, в рамках Гауссовской модели приведены общие соотношения, позволяющие проанализировать потери в эффективности оптимальных и локально-оптимальных алгоритмов обнаружения при отклонении предполагаемых моделей излучения, моделей распространения и моделей помех от "реальных". Полученные соотношения используются для вычисления эффективности локально-оптимальных алгоритмов обнаружения при отклонения предполагаемой функции Грина от "реальной". В связи с этим, проанализировано влияние на эффективность локально-оптимального алгоритма обнаружения ориентации алгоритма на плоско-волновые приближение функции Грина и неточного задания вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ).

На основании результатов, анализ чувствительность алгоритмов обнаружения, использующих вертикальные и горизонтальные антенны, к

моделям ВРСЗ показывает, что при внедрении согласованных алгоритмов необходимы:

- Создание системы постоянного мониторинга гидрологических условий в районе действия системы;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Буй Чыонг Занг, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авилов К.В. Аддитивная факторизация + приближения Падэ = эффективное вычисление подводного звука. In Aspects Recent de l'Acoustique Sous-Marine Russe, M. Galactionov, Ed., Editions de l'IFREMER, Brest, France, 1994.

2. Авилов К. В. Вычисление гармонических звуковых полей в двумерно-неоднородных волноводах в уточненном широкоугольном параболическом приближении. Отчет Акустического института, 1983.

3. Авилов К.В. Вычисление гармонических звуковых полей в волноводах в уточненном широкоугольном параболическом приближении. Волны и диффракция-85, Труды Всесоюзного Симпозиума, Тбилиси, 1985.

4. Авилов К.В., Баронкин. В.М., O.E. Попов. Разработка программных средств системы гидроакустических расчетов и обнаружения целей для горизонтального массива приемников акустического давления с использованием априорной информации о морской среде, источниках звука и помех. Отчет «Минотавр - ИМАШ», 2005.

5. Авилов К.В., Попов O.E. Вычисление сигнала широкополосного точечного источника, произвольно движущегося в океане, свойства которого зависят от горизонтальных координат. Сборник трудов школы-семинара акад. Л.М. Бреховских, Москва, ГЕОС, 1998.

6. Авилов К.В., Н.Е. Мальцев. К вычислению звуковых полей в океане методом параболического уравнения. Акуст. журн.,т. 27, вып. 3, стр. 335-340.

7. Авилов К.В. Псевдодифференциальные параболические уравнения распространения звука в океане, плавно неоднородном по горизонтали, и их численное решение. Акус.журн., т. 41, вып.1, 1995, с 5-12.

8. Авилов К.В. Приближение однонаправленного распространения в вычислении звуковых полей в океане. Акустика океанской среды, под ред. JI.M. Бреховских и И.Б. Андреевой, Москва, Наука, 1989.

9. Авилов К.В. Эффективное численное решение волноводных уравнений. Journal de Physique IV, Colloque CI, supplement au Journal de Physique III, Vol. 2, avril 1992.

10. Баронкин B.M., Гладилин A.B. Оценка порогового отношения сигнал/помеха для алгоритмов трассового накопления// Труды ЦНИИ имени акад. А.Н. Крылова, 2008. - Выпуск 41(325), с.205-218.

11. Баронкин В.М., Гладилин А.В. Оценка параметров ковариационной матрицы структурной помехи// Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 2008. -Выпуск 41(325), с. 198-204.

12. Баронкин В.М., Гладилин А.В. Анализ эффективности функционирования антенны в пассивном режиме при слабых сигналах// Сборник тр. XX сессии РАО, М. изд. Геос, 2008, Т.2, с. 323-326.

13. Бреховских JL М., Годин О. А. Акустика слоистых сред - М.: Наука, 1989.-416 с.сред.-М.: Наука, 1989.-416 с.

14. Буй Ч.З. Анализ и моделирование гидроакустических помех в районе залива Бакбо. Известия Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ", № 2, с. 77-86 (2013)

15. Буй Чыонг Занг, Янпольская А.А. Об одном подходе к частично согласованной со средой обработке сигналов в гидроакустической системе ШП. Сборник трудов третьей молодежной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (МАГ-2013), Санкт-Петербург, ОАО «Концерн «Океанприбор», (Санкт-Петербург, 09 - 11 октября 2013г.)

16. Буй Чыонг Занг. Методы обработки сигналов, согласованные с каналом распростра-нения, для стационарной гидроакустической системы, работающей в режиме шумопеленгования. Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2014. № 6.

17. Бурдик B.C. Анализ гидроакустических систем. Л., Судостроение,

1988.

18. Бьерне Л. (под ред.) Подводная акустика и обработка сигналов. М. Мир. 1985.

19. Гамильтон Э.Л. Геоакустические модели морского дна // Акустика морских осадков. М.: Мир, 1977.

'20. Гиндлер И.В., Козельский А.Р. Применение процедуры "нелинеаризации" для нахождения собственных чисел задачи Пекериса. Акустический журнал, 1988, 34, выпуск 4, с. 616-620 (1988).

21. Гладилин A.B., Баронкин В.М. Эффективность алгоритмов обнаружения согласованных с ковариационной матрицей помех в пассивном режиме. Труды ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова, Выпуск 41(325), стр. 184-197.

22. Гладилин A.B., Баронкин В.М. Эффективность алгоритмов обнаружения, согласованных с передаточной функцией среды в пассивном режиме. Труды ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова, Выпуск 41(325), стр.171-183.

23. Дьюган Дж. П. Океанология в подводной акустике // Акустика океана. М.: Мир, 1982. С. 210-250.

24. Евтютов А.П., Митько В. Б. Инженерные расчёты в гидроакустике. Л.: Судостроение, 1988.

25. Ермолаев В. И., Селезнев И. А., Буй Чыонг Занг. Анализ гидролого-акустических характеристик и расчет звукового поля в Северном регионе Восточного моря Вьетнама // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2012. № 10. С. 83-91.

26. Ермолаев В.Т., Флаксман А.Г. Современные методы пространственной обработки сигналов в информационных системах с антенными решетками. Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Новые подходы к проблемам генерации,

обработки, передачи, хранения, защиты информации и их применение». Нижний Новгород, 2007, 99 с.

27. Зарайский В. А. Акустика океана / Военно-морская академия. М, 2003.

28. Ивакин А.Н., Лысанов Ю.П. «Определение некоторых параметров морских осадков по данным акустического зондирования» Акустический журнал 31, с. 807-809 (1985)

29. Ивакин А.Н. Рассеяние звука дном океана: результаты теоретических и экспериментальных исследований последних лет. Акустический журнал 58, с. 222-226 (2012)

30. Кацнельсон Б.Г., Петников В.Г. Акустика мелкого моря. М.: Наука, 1997.181 с.

31. Малышкин Г. С. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов. Т. 1. Оптимальные методы. СПб.: ГНЦ ЦНИИ «Электроприбор». 2009.

32. Малышкин, Г. С. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов. Т.2: Адаптивные методы. СПб. : ЦНИИ Электроприбор, 2011.

33. Миниович И.Я., Перник А.Д., Петровский B.C. Гидродинамические источники звука. Л., Судостроение, 1972.

34. Монзинго P.A., Миллер Т,У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию. М.; Радио и связь, 1986.

35. Никифоров С.Л. Рельеф шельфа морей российской арктики. Диссертация на соискание ученой степени доктора географических наук. М., ИОРАН, 2007.

36. Папкова, Ю. И. Волновод Пекериса в случае неоднородного профиля скорости звука и поглощающего основания // Акустический вестник, Том 13 № 3,(2010) с.42-50.

37. Попович В.В., Ермолаев В.И., Леонтьев Ю.Б. Система гидроакустических расчетов на базе интеллектуальной геоинформационной системы. Санкт Петербургский институт информатики и автоматизации РАН. М: Институт системного анализа РАН, 2012.

38. Попович В.В., Ермолаев В.И., Авилов К.В. и др. Современное состояние проблемы оценки дальности действия гидроакустических средств//Труды 9 всероссийской конференции "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики" СПб, "Наука". 2008, стр.544-547.

39. Попович В.В., Ермолаев В.И., Леонтьев Ю.Б., Смирнова О.В. Моделирование гидроакустических полей на основе интеллектуальной геоинформационной системы. «Исскуственный интеллект и принятие решений», № 4, 2009, с. 37 -43.

40. Попович В. В., Ермолаев В. И., Леонтьев Ю. Б.. Система гидроакустических расчетов на базе интеллектуальной геоинформационной | системы. Санкт Петербургский институт информатики и автоматизации РАН.

М: Институт системного анализа РАН, 2012.

41. Селезнев И. А., Янпольская A.A., Буй Чыонг Занг. Адаптивные алгоритмы обработки сигналов а режиме шумопеленогования, согласованные со средой распространения сигнала. Сборник трудов XII Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики», с.86-89.

42. Селезнев И.А., Янпольская A.A., Буй Чыонг Занг. Обработка гидроакустических сигналов в стационарной системе шумопеленгования с учетом согласования со средой. Научно-технический сборник «Гидроакустика», ОАО «Концерн «Океанприбор», № 19, 2014 г., с.93-98 .

43. Селезнев И. А., Янпольская A.A., Буй Чыонг Занг. Оценка влияния закона распределение шумов на помехоустойчивость линейных антенн. Сборник трудов Научной конференции "Сессия Научного совета РАН по акустике и XXVII сессия Российского акустического общества", посвященной

памяти ученых-акустиков ФГУП «Крыловский государственный научный центр» А.В. Смольякова и В.И. Попкова.

44. Семенов Е.В. Состояние и развитие гидродинамических моделей океана. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2008. № 1. С.48-62.

45. Смольяков А.В. Шум турбулентных потоков: Монография. ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. СПб.: 2005. 312 е.: ил.

46. Сташкевич А. П. Акустика моря. Л.: Судостроение, 1966.

47. Толстой И., Клей К. С. Акустика океана - М.: Мир, 1969- 301 с.

48. Фурдуев А. В. Шумы океана // Акустика океана. М.: Наука,1974. С. 617-691.

49. Чан Чьюнг Тхюн. Территориальные конфликты в Южно-Китайском море (http://vnsea.net/tabid/149/ArticleID/489/language/en-US/Default.aspx).

50. Ainslie М. A. and Harrison С. Н. Fast and Self - Consistent ASW Performance Prediction, Oceans 1998, pp 1553-1558.

51. Aviloff C.V. An effective numerical solution of guided wave equations, Journal de Physique IV, Collock CI, Supplement au Journal de Physique III, volume 3, p.Cl-1023, April 1992.

52. Baer R. N. and Collins M. D.. Source Localization in the Presence of Gross Sediment Uncertainties. J. Acoust. Soc. Am. 120, 870-874 (2006).

53. Brian F. Harrison. Richard J. Vaccaro, Donald W. Tufts. Robust matched-field localization in uncertain ocean environments. J. Acoust. Soc. Am. 103 (6), 37213724, (1998).

54. Brian Tracey, Nigel Lee, Srinivas Turaga. Cluster analysis and robust use of full-field models for sonarbeamforming. J. Acoust. Soc. Am. 120,2635-2647 (2006).

55. Chandler H. A., Alphonso K. J., GRASP: An Object - Oriented Approach to Sonar Performance Mobeling and Tactical ASW Search Planning. Oceans 2002., pp 1449- 1455.

56. Claire Debever, Kuperman W. A.. Robust matched-field processing using a coherent broadband white noise constraint processor . J. Acoust. Soc. Am. 122, 1979-1986(2007).

57. Cristiano Soares, Sérgio M. Jesus. Broadband matched-field processing: Coherent and incoherentapproaches. J. Acoust. Soc. Am. 113 (5), 1587-1598, (2003).

58. Cristiano Soares, Sérgio M. Jesus. Environmental inversion using highresolution matched-field processing. J. Acoust. Soc. Am. 122, 3391-3404 (2007).

59. Granger Hickman, Jeffrey L. Krolika. Matched-field depth estimation for active sonar. J. Acoust. Soc. Am. 115 (2), 620 - 629, (2004).

60. Hailiang Tao, Jeffrey L. Krolik. Waveguide invariant focusing for broadband beamforming in an oceanic waveguide. J. Acoust. Soc. Am. 123, 13381346, (2008).

61. José S. G. Panaro, Fâbio R. B. Lopes, Leonardo M. Barreira, Fidel E. Souza. Underwater Acoustic Noise Model for Shallow Water Communications. XXX SIMPÔSIO BRASILEIRO DE TELECOMUNICAÇÔES - SBrT'12, 13-16 DE SETEMBRO DE 2012, BRASILIA, DF.

62. Joseph D Schneiderwind, Jon M Collis, Harry J Simpson. Elastic Pekeris waveguide normal mode solution comparisons against laboratory data. J Acoust Soc Am. 2012 Sep; 132(3).

63. Klemm R. (2002), Principles of space-time adaptive processing. The Institution of Electrical Engineers, 2002. ISBN 0 85296 172 3.

64. Laurie T. Fialkowski, John S. Perkins, Michael D. Collins, Michael Nicholas. Matched-field source tracking by ambiguity surface averaging. J. Acoust. Soc. Am. 110 (2), 739-746, (2001).

65. Lisa M. Zurk, Nigel Lee, James Ward. Source motion mitigation for adaptive matched field processing. J. Acoust Soc. Am. 113 (5), 2719-2731, (2003).

66. Nikolai Kolev and Georgi Georgiev (2011). Sonar Model Based Matched

Field Signal Processing, Sonar Systems, Prof. Nikolai Kolev (Ed.), ISBN: 978-953307-345-3, InTech, DOI: 10.5772/18822.

67. Paul Hursky, W. S. Hodgkiss, W. A. Kuperman. Matched field processing with data-derived modes J. Acoust. Soc. Am. 109 (4), 1355-1366, (2001).

68. Patrick L. Brockett, Melvin Hinich and Gary R. Wilson. Nonlinear and non-Gaussian ocean noise. J. Acoust. Soc. Am. 82, 1386 (1987);

69. Pekeris, C.L. Theory of propagation of explosive sound in shallow water. Geol. Soc. Am. Mem. Русский перевод. Теория распространения звука взрыва в мелкой воде // Распространение звука в океане. Сб. статей / М.: ИЛ, 1951. С. 48156.

70. Shorey J. A., Nolte L. W. Wideband optimal a posteriori probability source localization in an uncertain shallow ocean environment. J. Acoust. Soc. Am. 103, 355-361 (1998).

71. Stan E. Dosso, Michael J. Wilmut. Bayesian multiple-source localization in an uncertain oceanenvironment. J. Acoust. Soc. Am. 129 (6), 3577-3589, (2011).

72. Stan E. Dosso, Michael J. Wilmut. Bayesian focalization: Quantifying source localization with environmental uncertainty. J. Acoust. Soc. Am. 121, 25672574 (2007).

73. Stan E. Dossoa, Michael J. Wilmut. Uncertainty estimation in simultaneous Bayesian tracking and environmental inversion. J. Acoust. Soc. Am. 124, 82-97, (2008).

74. Stacy L. Tantum, Loren W. Nolte. Tracking and localizing a moving source in an uncertain shallow water environment. J. Acoust. Soc. Am. 103, 362 (1998).

75. Tolstoy. A. A deterministic (non-stochastic) low frequency method forgeoacoustic inversion. J. Acoust. Soc. Am. 127, 3422-3429, (2010).

76. Tolstoy. A. Waveguide monitoring (such as sewer pipes or ocean zones) via matched field processing. J. Acoust. Soc. Am. 128 (1), 190-194, (2010).

77. Tolstoy. A. Volumetric (tomographic) three-dimensional geoacoustic inversion in shallow water. J. Acoust. Soc. Am. 124, 2793-2804, (2008).

78. Van Trees H. L., Optimum Array Processing, Part IV of Detection, Estimation and Modulation Theory, John Wiley & Sons. 2002, p 1328.

79. Vasily Popovich, Constantin Aviloff, Viktor Ermolaev, Yuri Zinyakov, Yuri Leontev, Kyrill Korolenko, Oleg Popov. Sound propagation modeling on intelligent GIS basic. Санкт Петербургский институт информатики и автоматизации РАН. М: Институт системного ана.

80. Viktor Ermolaev, Truong Giang Bui. Modeling of Noise and Acoustic Field Calculations in the Limited Water Area of Beibu Gulf Using Geospatial Data. Information Fusion and Geographic Information Systems (IF AND GIS 2013). Publisher: Springer Verlag (Germany). Lecture Notes in Geoinformation and Cartography 2014, pp 277-287.

81. Zala C. A., Ozard J. M., Wilmut M. J. Efficient estimation of the probability that a source track is examined in a matched-field processing tracking algorithm. J. Acoust. Soc. Am. 103, 374-379, (1998).

82. Zoi-Heleni Michalopoulou. Multiple source localization using a maximum a posteriori Gibbs sampling approach. J. Acoust. Soc. Am. 120, 2627-2634 (2006).

83. Zoi-Heleni Michalopoulou. Robust multi-tonal matched-field inversion: A coherent approach. J. Acoust. Soc. Am. 104 (1), 163-170, (1998).

84. Zoi-Heleni Michalopoulou. The effect of source amplitude and phase in matched field source localization. J. Acoust. Soc. Am. 119, EL21 (2006).