Широкомасштабная радиогидроакустическая система мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде
LARGE-SCALE RADIOHYDROACOUSTIC SYSTEM OF MONITORING, RECOGNIZING AND CLASSIFYING FIELDS GENERATED BY SOURCES IN MARINE ENVIRONMENT

Изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике. Создаваемая широкомасштабная радиогидроакустическая система мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде, формируется как пространственно-развитая и соизмеримая с протяженностью контролируемых акваторий.
Работа системы основана на закономерностях нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования излученных просветных волн с измеряемыми информационными волнами источников при их совместном распространении в морской среде. Спектральная обработка многоканально принятых широкополосных сигналов разности фаз нацелена на выделение дискретных составляющих суммарной и (или) разностной частоты в спектрах частотно-преобразованных сигналов разности фаз, по которым восстанавливают характеристики измеряемых информационных волн объектов и среды.
Система обеспечивает дальний параметрический прием волн различной физической природы (акустических, электромагнитных и гидродинамических), генерируемых в морской среде естественными и искусственными источниками атмосферы, океана и земной коры. Диапазон частот измеряемых волн составляет сотни-десятки-единицы-доли герц, включая волны СНЧ колебаний движущихся объектов и неоднородностей среды, как целого.
Преимущество создаваемой широкомасштабной системы относительно известных параметрических систем мониторинга заключается в том, что она предназначена для работы в протяженном гидроакустическом канале с переменными характеристиками среды и границ.
Особенностью разрабатываемой широкомасштабной радиогидроакустической системы является применение аппарата нечеткой логики искусственных нейронных сетей для решения задач распознавания и классификации объектов по признакам их полей, как в автоматическом режиме, так и с участием оператора. Комплекс вычислительных операций нейронных сетей позволяет проводить операцию распознавания источников формирования измеряемых информационных волн путем анализа ненадежных и слабо формализированных входных данных, а также в условиях неполной и нечеткой входной информации. Получение вывода о степени принадлежности исследуемой области спектра объекту классификации выполняется с учетом оперативно обновляемой библиотеки математически обработанных образов спектрограмм объектов.
Для оценки новизны научно-технических решений представляемого изобретения проведем краткий анализ этого направления. Разработки гидроакустических систем, как приемных параметрических антенн (ППА) в России, а также в зарубежных странах (преимущественно в США и Японии) интенсивно проводились еще в прошлом столетии. В России параметрические антенны были разработаны и реализованы акустиками Таганрога. Материалы научно-технических разработок ППА широко опубликованы в изданиях различного уровня. (См. Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в системах гидролокации. - Л.: Судостроение. - 1990. - С. 17-40, 203-225). Разрабатываемые параметрические антенны и реализующие их радиотехнические системы основаны на использовании естественных нелинейных свойств морской среды. Накачка среды применялась только акустическая с частотой десятки кГц, чаще сотни кГц. Параметрические антенны обеспечили решение задачи широкополосного направленного излучения в гидроакустике, повысили чувствительность приема информационных волн. При этом дальность приема волн в системах с высокочастотными параметрическими антеннами оставалась незначительной и составляла сотни метров и только в отдельных случаях единицы километров. Эти недостатки ППА ограничили возможность их применения в стационарных и корабельных гидроакустических станциях и комплексах. Устранение недостатков высокочастотных параметрических антенн достигнуто в просветных параметрических системах мониторинга с низкочастотной подсветкой (накачкой) контролируемой среды, формирующей многолучевую пространственно-развитую параметрическую антенну. (См. Мироненко М.В., Малашенко А.Е., Карачун Л.Э., Василенко А.М. Низкочастотный просветный метод дальней гидролокации гидрофизических полей морской среды: монография. - Владивосток: СКБ САМИ ДВО РАН, 2006. - 173 с.).
Технические решения по созданию просветных параметрических антенн представлены в следующих изобретениях: «Способ формирования параметрической антенны в морской среде» пат. №2550588 RU G10K 11/00, 18.02.2014; «Способ формирования и применения пространственно-развитой просветной параметрической антенны в морской среде» пат. №2602995 RU G01H 3/00, 20.11.2016 г.
Наиболее близким техническим решением к представляемому изобретению, которое выбрано в качестве прототипа, является радиогидроакустическая система параметрического приема волн источников и явлений атмосферы, океана и земной коры в морской среде (RU №2593673 G01H 3/00, 10.08.2016 г.), которая обеспечивает:
- формирование рабочей зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых волн на контролируемом участке акватории, позволяющей выполнять дальний параметрический прием информационных волн различной физической природы в диапазоне частот сотни-десятки-единицы-доли герц;
- дальний параметрический прием в морской среде информационных волн источников воздушной и океанской среды, а также донного грунта, что достигается за счет их нелинейного взаимодействия с просветными волнами в приповерхностном и придонном слоях морской среды за счет многолучевого распространения звука;
- определение местоположений источников излучения информационных волн (дистанции и глубины), за счет использования в системе закономерностей многолучевого распространения сигналов и связанных с ним направленных свойств параметрических антенн.
Недостатками системы-прототипа, которые будут устранены в предлагаемом изобретении, являются следующие:
- отсутствуют технические решения и реализующие их технические блоки, обеспечивающие масштабирование (наращивание) просветной радиогидроакустической системы мониторинга, как комплекса пространственно-развитых многолучевых параметрических антенн, сформированных в пределах широкомасштабной акватории;
- отсутствуют технологии и реализующие их технические блоки, обеспечивающие распознавание и классификацию источников формирования измеряемых информационных полей, как в автоматическом режиме, так и с участием оператора;
- отсутствуют технологии и реализующие их технические блоки, обеспечивающие выработку команд управления работой широкомасштабной радиогидроакустической системы в процессе мониторинга акватории.
В совокупности, указанные недостатки предполагают разработку и реализацию в широкомасштабной радиогидроакустической системе мониторинга, распознавания и классификации полей, новых измерительных технологий и реализующих их технических блоков.
Исходя из этого задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в разработке широкомасштабной радиогидроакустической системы, обеспечивающей мониторинг полей различной физической природы в пределах заданного пространства широкомасштабной акватории. Это достигается путем масштабирования основной просветной параметрической системы за счет введения в ее структуру дополнительных подсистем, размещенных на заданных участках акватории. Широкомасштабная радиогидроакустическая система должна выполнять распознавание и классификацию источников формирования в морской среде измеряемых информационных полей в условиях неполной и нечеткой входной информации, что достигается введением в ее состав линий нейросетевого анализа, реализующих комплекс вычислительных операций нейронных сетей, и Единого информационно-аналитического центра для выработки сигналов (команд) управления работой широкомасштабной системы в соответствии с условиями проведения мониторинга акваторий.
Для решения поставленной задачи широкомасштабная радиогидроакустическая система мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде, включает в себя основную просветную параметрическую систему, которая содержит подводные излучатели и приемные блоки, соединенные кабелем с излучающим и приемным трактами системы соответственно, сформированные в морской среде между излучающими и приемными преобразователями рабочие зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн; при этом излучающий тракт системы включает в себя последовательно соединенные генератор сигналов стабилизированной частоты в диапазоне десятки-сотни герц, усилитель мощности сигналов и блок согласования его выхода с подводными излучателями просветных акустических сигналов, а приемный тракт содержит коммутатор линий анализа принимаемых сигналов, выходы которого соединены с входами трех линий корреляционного и одной линии спектрального анализа, далее выходы которых соединены с входами блока анализа выделяемой всеми линиями информации; причем каждая из трех линий корреляционного анализа содержит последовательно соединенные блок широкополосного усилителя сигналов, блок измерения функций корреляции между средним и крайними одиночными приемными гидрофонами, блок измерения функции их взаимной корреляции, а линия спектрального анализа включает в себя последовательно соединенные широкополосный усилитель сигналов, преобразователь частотно-временного масштаба спектров сигналов в высокочастотную область, узкополосный анализатор их спектра и функционально связанный с ним регистратор спектров; при этом рабочие зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн сформированы в вертикальной плоскости контролируемой среды как многолучевые пространственно-развитые параметрические антенны, для чего используются три всенаправленных излучателя, установленные по глубине на оси, ниже и выше оси подводного звукового канала (ПЗК), а также приемные преобразователи, объединенные в три одинаковых блока, которые установлены относительно оси ПЗК аналогично излучателям, причем одиночные гидрофоны каждого приемного блока посредством кабелей соединены с приемным трактом системы через коммутатор линий анализа принимаемых сигналов; при этом основная просветная параметрическая система сформирована как комплекс вертикальных многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру обследуемого участка акватории через 45° и ориентированных от излучающего центра к периферии, а расстояния между акустическими преобразователями приемных блоков установлены в соответствии с корреляционными характеристиками вертикальной структуры просветного акустического поля.
Предлагаемая система отличается тем, что широкомасштабная радиогидроакустическая система сформирована в пределах протяженного пространства акватории, для чего основная просветная параметрическая система размещена в центре контролируемого участка акватории, а дополнительные подсистемы, введенные в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, размещены на заданных участках акватории, причем основная система и дополнительные подсистемы объединены общим излучающим трактом, но снабжены различными приемными трактами с их подводными излучателями и приемными блоками; при этом выходы излучающего тракта через блок переключения излучающих преобразователей соединены с входами подводных излучателей основной и дополнительных подсистем, а выходы подводных приемных преобразователей соединены с входами приемных трактов основной и дополнительных подсистем соответственно, которые через блок переключения приемных трактов по каналам радиосвязи входят в Единый информационно-аналитический центр (ЕИАЦ), введенный в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, для распознавания и классификации источников формирования полей различной физической природы в морской среде, а также выработки сигналов (команд) управления работой масштабируемой системы; при этом в состав всех приемных трактов введены линии нейросетевого анализа для автоматического определения степени принадлежности исследуемой области спектра объекту классификации, включающие в себя последовательно соединенные управляемый коммутатор, блок нейросетевого распознавания и классификации, блок совокупного анализа. Кроме того дополнительные подсистемы сформированы как комплексы вертикальных многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру контролируемой акватории через 45° и ориентированных от центра к периферии, при этом дополнительные подсистемы удалены от соседних с ними подсистем на дистанции, обеспечивающие мониторинг акватории. Кроме того приемные блоки дополнительных подсистем формируются как дискретные антенны, у которых расстояния между преобразователями (гидрофонами) устанавливаются в соответствии с корреляционными свойствами просветного акустического поля.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого изобретения и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
Отличительный признак, заключающийся в том, что «широкомасштабная радиогидроакустическая система сформирована в пределах протяженного пространства акватории, для чего основная просветная параметрическая система размещена в центре контролируемого участка акватории, а дополнительные подсистемы, введенные в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, размещены на заданных участках акватории, причем основная система и дополнительные подсистемы объединены общим излучающим трактом, но снабжены различными приемными трактами с их подводными излучателями и приемными блоками» обеспечивает формирование широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде, в пределах протяженного пространства акватории, а также обеспечивает расширение ее функциональных возможностей.
Отличительный признак, заключающийся в том, что «выходы излучающего тракта через блок переключения излучающих преобразователей соединены с входами подводных излучателей основной и дополнительных подсистем» обеспечивает возможность формирования и работы излучающих блоков основной и дополнительных подсистем, как общего излучающего тракта широкомасштабной радиогидроакустической системы.
Отличительный признак, заключающийся в том, что «выходы подводных приемных преобразователей соединены с входами приемных трактов основной и дополнительных подсистем соответственно, которые через блок переключения приемных трактов по каналам радиосвязи входят в Единый информационно-аналитический центр (ЕИАЦ)» обеспечивает возможность формирования и работы приемных трактов, дополнительно сформированных подсистем, как единого приемного комплекса широкомасштабной радиогидроакустической системы.
Отличительный признак, заключающийся в том, что «Единый информационно-аналитический центр (ЕИАЦ), введенный в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, для распознавания и классификации источников формирования полей различной физической природы в морской среде, а также выработки сигналов (команд) управления работой масштабируемой системы» обеспечивает выполнение итогового анализа, распознавания и классификации математически обработанных образов спектрограмм объектов используя оперативно обновляемую библиотеку математически обработанных образов спектрограмм объектов, а также выработку команд управления работой широкомасштабной радиогидроакустической системы в соответствии с изменениями условий и задач мониторинга акватории.
Отличительный признак, заключающийся в том, что «в состав всех приемных трактов введены линии нейросетевого анализа для автоматического определения степени принадлежности исследуемой области спектра объекту классификации, включающие в себя послeдовательно соединенные управляемый коммутатор, блок нейросетевого распознавания и классификации, блок совокупного анализа» обеспечивает возможность предварительного распознавания и классификации источников формирования в морской среде полей различной физической природы путем анализа ненадежных и слабо формализированных входных данных, а также определение степени принадлежности исследуемой области спектра объекту классификации в условиях неполной и нечеткой входной информации.
Дополнительный отличительный признак, заключающийся в том, что «дополнительные подсистемы сформированы как комплексы вертикальных многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру контролируемой акватории через 45° и ориентированных от центра к периферии, при этом дополнительные подсистемы удалены от соседних с ними подсистем на дистанции, обеспечивающие мониторинг акватории» обеспечивает возможность дальнего параметрического приема в морской среде информационных волн различной физической природы источников атмосферы, океана и земной коры.
Дополнительный отличительный признак, заключающийся в том, что «приемные блоки дополнительных подсистем формируются как дискретные антенны, у которых расстояния между преобразователями (гидрофонами) устанавливаются в соответствии с корреляционными свойствами просветного акустического поля» обеспечивает помехоустойчивый параметрический прием информационных волн в протяженном гидроакустическом канале с переменными характеристиками среды и границ, а также точность определения углов их прихода на антенны в вертикальной плоскости. Исходя из совокупности отличительных признаков изобретения обобщенная формулировка технического результата может быть изложена в следующем виде - разработана широкомасштабная радиогидроакустическая система, обеспечивающая на протяженных акваториях мониторинг, распознавание и классификацию источников формирования полей различной физической природы в морской среде в диапазоне частот сотни-десятки-единицы-доли герц, включая СНЧ колебания движущихся объектов и неоднородностей среды, как целого. Операции распознавания и классификации источников формирования в морской среде информационных полей, выполняются на базе нечеткой логики искусственных нейронных сетей, как в автоматическом режиме, так и с участием оператора.
Заявленное изобретение иллюстрируется рисунками. На фиг. 1 приведена структурная схема основной (масштабируемой) просветной параметрической системы мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде. На фиг. 2 приведена структурная схема предлагаемой широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации источников формирования полей различной физической природы в морской среде, с ее функциональными связями. На фиг. 3-5 приведены спектры и спектрограммы полей различной физической природы, генерируемых источниками в морской среде. При этом на фиг. 3 представлена спектрограмма акустических резонансных и гидродинамических полей движущегося морского судна, частота подсветки среды 400 Гц, протяженность контролируемой трассы 30 км. На фиг. 4 представлен спектр электромагнитных излучений морского судна, измеренный низкочастотным просветным методом, с частотой подсветки среды 390 Гц, протяженность обследуемой трассы 45 км. Спектр иллюстрирует результат нелинейного взаимодействия акустических и электромагнитных волн в морской среде. На фиг. 5 приведен результат тройного нелинейного взаимодействия волн различной физической природы (акустические волны на частоте подсветки среды 386 Гц, электромагнитные волны на частоте 400 Гц и акустические волны вально-лопастного звукоряда морского судна) в морской среде на просветной трассе протяженностью 30 км. На фиг. 6, 7 представлены запись сигнала предвестника землетрясений (амплитудно-временная характеристика) и его спектр в формате 3D. Измерения соответствуют формированию сейсмических возмущений в районах Курильской гряды и их приему на о. Сахалин. На фиг. 8 представлена спектрограмма шумового излучения воздушного источника (летательного аппарата). На фиг. 9 приведены спектрограмма и спектр излучений береговых инженерных источников на трассе о. Сахалин-береговая линия Приморья, протяженность трассы около 310 км. На фиг. 10 проиллюстрирована спектрограмма синоптических возмущений поверхности моря за полный период прохождения циклона, протяженность просветной линии 345 км. На фиг.11 представлена спектрограмма просветных сигналов (частота подсветки морской среды 400 Гц), модулированных гидродинамическими волнами и СНЧ колебаниями движущегося судна на трассе протяженностью 345 километров. Для распознавания и классификации подводных технических источников информационных полей наиболее пригодна архитектура сети трехслойного персептрона, которая обучается методом обратного распространения ошибки. Общая структура сети трехслойного персептрона с трехмерными входным и выходным векторами представлена на фиг. 12. Для классификации надводных объектов наиболее пригодна архитектура комбинированной распознающей сети, состоящая из сетей Кохонена (конкурирующая сеть) и Гросберга. Общая структура комбинированной распознающей сети представлена на фиг. 13. На фиг. 14-17 представлены сравнительные данные по результатам распознавания (классификации) для надводных и подводных объектов сетями Персептрон, Кохонена-Гроссберга и ANFIS, где по оси ординат отложен коэффициент распознавания (классификации), т.е. отношение числа распознанных (классифицированных) объектов к общему числу испытаний в процентах. На фиг. 14, 15 приведены графики зависимости коэффициента распознавания (классификации) подводного и надводного объектов от времени обработки сигналов. На фиг. 16, 17 приведены графики влияния зашумленности входного сигнала на оценку качества распознавания (классификации) подводного и надводного объектов соответственно. При зашумленности сигнала более 10 дБ распознавание (классификация) практически не происходит. Уверенное распознавание (классификация) происходит при зашумленности входного сигнала порядка более 5 дБ. Следует отметить, что как для надводного, так и для подводного объекта нечеткая сеть ANFIS производит более качественное распознавание (классификацию) зашумленного сигнала, а в области от 5 дБ и более работает как сети Персептрон и Кохонена-Гроссберга.
На фиг. 1 и фиг. 2 введены следующие обозначения:
1 - излучающий тракт;
1.1 - блок переключения излучающих преобразователей;
1.2 - блок переключения приемных трактов;
2 - генератор сигналов стабилизированной частоты;
3 - усилитель мощности;
4 - блок согласования;
5.1, 5.2 … 5.n - излучатели;
6.1, 6.2 … 6.n - излучатели;
7.1, 7.2 … 7.n - излучатели;
8.1, 8.2 … 8.n - приемные блоки, сформированные из трех акустических преобразователей (гидрофонов);
9.1, 9.2 … 9.n - приемные блоки, сформированные из трех акустических преобразователей (гидрофонов);
10.1, 10.2 … 10.n - приемные блоки, сформированные из трех акустических преобразователей (гидрофонов);
11.1, 11.2 … 11.n - приемные тракты;
12.1 - коммутатор линий анализа;
13.1 - 16.1 линии корреляционного и спектрального анализа;
13.1.1, 14.1.1, 15.1.1, 16.1.1 - широкополосные усилители сигналов;
13.1.2, 13.1.3, 14.1.2, 14.1.3, 15.1.2, 15.1.3 - блоки измерения функций корреляции между средним и крайними одиночными приемными гидрофонами;
13.1.4, 14.1.4, 15.1.4 - блоки измерения функции их взаимной корреляции;
16.1.2 - преобразователь частотно-временного масштаба спектров сигналов в высокочастотную область;
16.1.3 - узкополосный анализатор спектров;
16.1.4 - регистратор спектров;
17.1 - линия нейросетевого анализа;
17.1.1 - управляемый коммутатор;
17.1.2 - блок нейросетевого распознавания и классификации;
17.1.3 - блок совокупного анализа;
18.1 - блок регистрации измеряемых функций;
19.1 - блок анализа выделяемой всеми линиями информации;
20.1 - передающий радиоблок приемного тракта;
21 - Единый информационно-аналитический центр (ЕИАЦ) системы мониторинга, распознавания и классификации источников полей различной физической природы;
22 - блок итогового анализа ЕИАЦ;
23 - приемный радиблок ЕИАЦ;
24 - передающий радиблок ЕИАЦ;
25 - приемный радиоблок излучающего тракта 1;
26 - источник гидрофизических волн;
27 - волны атмосферных источников;
28 - геофизические волны морского дна;
29 - морское дно;
30 - морская поверхность;
31 - среда многолучевого распространения волн;
32 - излучения береговых источников.
Для реализации основной (масштабируемой) просветной параметрической системы необходим следующий аппаратный комплекс (фиг. 1). Излучающий тракт 1, который представляет собой электронную схему, содержащую последовательно соединенные генератор сигналов стабилизированной частоты 2, усилитель мощности 3 и блок согласования 4 выходов усилителя мощности с излучателями 5.1, 6.1, 7.1 через блок переключения излучающих преобразователей 1.1. Многоканальный приемный тракт 11.1, входы которого соединены кабелями с приемными блоками 8.1, 9.1, 10.1, сформированными из трех акустических преобразователей (гидрофонов) каждый. Приемный тракт 11.1 основной системы представляет собой электронную схему, включающую коммутатор линий анализа 12.1, соединенный с тремя линиями корреляционного 13.1, 14.1, 15.1 и одной линией спектрального анализа 16.1. Линии корреляционного анализаприемного тракта 11.1 включают последовательно соединенные широкополосные усилители сигналов 13.1.1, 14.1.1, 15.1.1, блоки измерения функций корреляции между средним и крайними одиночными приемными гидрофонами 13.1.2, 13.1.3, 14.1.2, 14.1.3, 15.1.2, 15.1.3, блоки измерения функции их взаимной корреляции 13.1.4, 14.1.4, 15.1.4, выходы которых соединены с блоком регистрации измеряемых функций 18.1, далее с входами блока анализа выделяемой всеми линиями информации 19.1 и с радиоблоком передачи измеряемой информации 20.1 в ЕИАЦ 21, включающий блок итогового анализа измеряемой информации 22, соединенный с выходом приемного радиоблока 23 и входом передающего радиоблока 24, выход которого по радиоканалу через приемный радиоблок 25 связан с излучающим трактом 1. Линия спектрального анализа 16.1 включает широкополосный усилитель сигналов 16.1.1, вход которого через коммутатор линий анализа 12.1 соединен с акустическими преобразователями (гидрофонами) приемных блоков 8.1, 9.1, 10.1, а его выходы соединены с преобразователем частотно-временного масштаба спектров сигналов в высокочастотную область 16.1.2, далее с узкополосным анализатором спектров 16.1.3, выход которого функционально связан с регистратором спектров 16.1.4, а также с блоком регистрации измеряемых функций 18.1 и далее с входами блока анализа выделяемой всеми линиями информации 19.1.
Для реализации широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации полей различной физической природы, генерируемых источниками в морской среде, необходим следующий аппаратный комплекс (фиг. 2). Основная (масштабируемая) просветная параметрическая система, описанная выше и представленная на фиг. 1, блок переключения излучающих преобразователей 1.1, дополнительные подсистемы, включающие в себя приемные тракты 11.2-11.n, соединенные кабелем с излучателями 5.2, 6.2, 7.2 … 5.n, 6.n, 7.n и приемными блоками 8.2, 9.2, 10.2 … 8.n, 9.n, 10.n соответственно и блок переключения приемных трактов 1.2. Линии корреляционного анализа и линии спектрального анализа дополнительных приемных трактов 11.2-11.n включают аналогичные блоки и соединения между ними, как и в основной системе.
Работа широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации источников формирования полей различной физической природы в морской среде осуществляется следующим образом (фиг. 1). С учетом гидролого-акустической обстановки заданного района излучатели подсветки среды 5.1, 6.1, 7.1, …, 5.n, 6.n, 7.n и приемные блоки 8.1, 9.1, 10.1, …, 8.n, 9.n, 10.n разносят на расстояния, обеспечивающие мониторинг контролируемой акватории, и размещают на оси ПЗК, а также ниже и выше оси ПЗК, что позволяет сформировать в морской среде комплекс пространственно-развитых многолучевых параметрических антенн. Расчет лучевой структуры гидроакустического поля для контролируемой акватории осуществляется по специально разработанным программам (См. Программа расчета и анализа параметров гидроакустического поля «Дальность»: А. с. № 2003611941 РФ / Василенко А.М., Малиновский В.Э., Алюшин Д.А., 2003; Амплитудно-фазовая структура акустического поля в протяженном океаническом волноводе с переменными характеристиками среды «Амплитудно-фазовый фронт»: А. с. №2004611325 РФ / Карачун Л.Э., Мироненко М.В., Василенко A.M., 2004).
Среду озвучивают просветными акустическими сигналами стабилизированной частоты в диапазоне десятки-сотни герц. В приемных трактах 11.1-11.n широкополосные сигналы поступают на линии корреляционного анализа 13.1, 14.1, 15.1, …, 13.n, 14.n, 15.n, которые обеспечивают измерение углов прихода сигналов от источников информационных волн на приемные блоки 8.1, 9.1, 10.1, …, 8.n, 9.n, 10.n в вертикальной плоскости. Для определения области пересечения звуковых лучей в морской среде выполняется расчет обратной лучевой картины в блоках анализа выделяемой всеми линиями информации 19.1-19.n по специально разработанной программе (см. Определение координат источников вторичного гидроакустического поля: А.с. №2015616755 РФ, ТОВВМУ им. С.О. Макарова, 2015 / Долгих В.Н., Василенко А.М., Линник И.А.).
Измерение признаков проявления информационных волн источников проводится параллельно и одновременно, а их распознавание и классификация осуществляется по характерным признакам спектров и их пространственно-временной динамике спектральными линиями 16.1-16.n, линиями нейросетевого анализа 17.1-17.n в автоматическом режиме работы без участия оператора, а также в блоках анализа выделяемой всеми линиями информации 19.1-19.n и в блоке итогового анализа 22 ЕИАЦ 21. В ЕИАЦ 21 производится выработка сигналов (команд) управления работой масштабируемой радиогидроакустической системы в соответствии с изменениями условий и задач мониторинга акваторий, что позволяет в излучающем тракте 1 формировать просветные сигналы с учетом состояния среды распространения волн и многообразием проявлений информационных волн.
Широкомасштабная система мониторинга, распознавания и классификации полей различной физической природы, генерируемых источниками в морской среде, реализуется существующими средствами излучения и приема низкочастотных просветных сигналов, в качестве которых могут быть использованы радиогидроакустические средства морского приборостроения, создаваемые в СКБ САМИ ДВО РАН. В качестве низкочастотных излучающих преобразователей могут быть использованы подводные звуковые маяки наведения типа «ПЗМ - 400». Многоэлементные приемные блоки, как направленные корреляционные системы, могут быть сформированы из протяженных многоэлементных дискретных антенн.
Технические решения изобретения подтверждены морскими испытаниями макетов экспериментальной системы на трассах Японского, Охотского и Беринга морей.
Заявленное изобретение представляет значительный интерес для решения практических задач морской науки, оборонного и народно-хозяйственного комплексов.
Технический результат может быть изложен в следующем виде - разработана широкомасштабная радиогидроакустическая система, обеспечивающая на протяженных акваториях мониторинг, распознавание и классификацию источников формирования полей различной физической природы в морской среде в диапазоне частот сотни-десятки-единицы-доли герц, включая СНЧ колебания движущихся объектов и неоднородностей среды, как целого. Операции распознавания и классификации источников формирования в морской среде информационных полей, выполняются на базе нечеткой логики искусственных нейронных сетей, как в автоматическом режиме, так и с участием оператора.
Система промышленно применима, так как для ее создания используются распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной техники.
Заявляемая система не оказывает отрицательного воздействия на экологическое состояние морской среды и атмосферы.