способ идентификации малоразмерных подводных объектов по типу материала

Формула изобретения

Способ идентификации малоразмерных подводных объектов по типу материала, основанный на облучении объекта широкополосным гидроакустическим сигналом, приеме отраженных от объекта сигналов и оценке по ним инвариантных к ракурсу облучения резонансных частот амплитудно-частотной характеристики собственной составляющей импульсной характеристики объекта (АЧХс), отличающийся тем, что дополнительно измеряют значения первых разностей резонансных частот АЧХс, а коэффициент Пуансона и модуль Юнга Е материала объекта определяют из соотношений



где оценки параметров экспоненциальной функции F=exp(a+b_n), аппроксимирующей точечные оценки разностных резонансных частот;

n - порядковый номер разностной резонансной частоты в ряду;

, и - коэффициенты пропорциональности, определяемые по эмпирическим данным.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к распознаванию объектов с использованием вторичного излучения акустических волн, и может быть использовано для идентификации малоразмерных подводных объектов по упругим свойствам материала, из которого изготовлен объект.

Известен способ идентификации объектов в водной среде по их акустической жесткости, основанный на излучении импульсных амплитудно-модулированных зондирующих сигналов и измерении фазы несущей частоты и фазы огибающей. Данный способ реализован в устройствах [1,2] и обеспечивает идентификацию объекта только по сравнительной оценке акустической жесткости отражающего объекта относительно среды.

Известен также способ идентификации объектов при использовании широкополосных сигналов, основанный на оценке инвариантных к изменению ракурса объекта резонансных частот амплитудно-частотной характеристики собственной составляющей импульсной характеристики объекта (АЧХс)[3]. Данный способ, принятый в качестве прототипа, позволяет распознавать объекты, но обеспечивает недостаточную надежность идентификации объектов по типу материала.

Задачей изобретения является повышение надежности идентификации малоразмерных подводных объектов по типу материала путем повышения точности измерения упругих свойств материала объекта.

Решение задачи достигается тем, что по способу идентификации малоразмерных подводных объектов по типу материала, основанному на облучении объекта широкополосным гидроакустическим сигналом, приеме отраженных от объекта сигналов и оценке по ним инвариантных к ракурсу облучения резонансных частот АЧХс, дополнительно измеряют значения первых разностей резонансных частот, а упругие свойства материала объекта (коэффициента Пуассона и модуль Юнга E) определяют из соотношений



где

- оценки параметров экспоненциальной функции f=exp (a+bh), аппроксимирующей точечные оценки разностных резонансных частот, h - порядковый номер разностей резонансной частоты в ряду;

, и - коэффициенты пропорциональности, определяемые по эмпирическим данным.

Возможность повышения точности измерения упругих свойств материала объекта обусловлена использованием эмпирически установленной и ранее не известной зависимости резонансных свойств объекта, а именно измеренных первых разностей резонансных частот АЧХс объекта, и упругих свойств материала объекта.

На фиг. 1 приведена схема устройства, которое реализует заявляемый способ; на фиг. 2 приведены результаты экспериментов, свидетельствующие о взаимосвязи разностных резонансных частот и упругих свойств материала.

Способ осуществляют следующим образом.

Облучают объект широкополосным гидроакустическим сигналом с разных ракурсов. На каждом ракурсе принимают отраженные сигналы от объекта и измеряют резонансные частоты АЧХс. Выделяют резонансные частоты АЧХс, инвариантные к ракурсу облучения объекта. Затем измеряют первые разности резонансных частот и полученным значением присваивают порядковый номер в ряду от 1 до n. Аппроксимируют значения разностных резонансных частот экспоненциальной функцией f=exp (a+bn) и по оценкам параметров экспоненциальной функции определяют упругие свойства материала объекта (коэффициент Пуассона и модуль Юнга E) из соотношений (1). Коэффициенты пропорциональности , и получают на этапе обучения (экспериментального анализа объектов с известными упругими свойствами материалов).

Способ может быть осуществлен с помощью устройства, структурная электрическая схема которого представлена на фиг. 1.

Гидролокатор содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 широкополосных сигналов, коммутатор 3 прием-излучение и приемоизлучающую акустическую антенну 4 и блок 5 обработки сигналов, раздельные входы которого подключены к выходу генератора 2 широкополосных сигналов, второму выходу коммутатора 3 прием-излучение и второму выходу синхронизатора 1.

Блоки 1-4 широко известны (см., например, [4]).

Блок 5 обработки сигналов обеспечивает аналого-цифровые преобразование сигналов и выполнение описанных выше действий над ними. Он может быть реализован на базе ПЭВМ IBM PC/AT-286.

Проводились исследования объектов цилиндрической формы, изготовленных из стали, латуни и текстолита. Эксперименты проводились в условиях гидроакустического бассейна. Объекты облучались широкополосным сигналом с равномерным спектром с шириной полосы 2,5 октавы, согласованной с физическими характеристиками объектов (размером и материалом). Шаг изменения ракурса 30^o в интервале от 0 до 90^o (по четыре ракурса для каждого объекта).

На фиг. 2 на плоскости a, b приведены результаты оценок параметров экспоненциальной функции, аппроксимирующей точечные оценки измеренных разностных резонансных частот для выбранных объектов. Объекты на плоскости a, b размещаются в непересекающихся областях и группируются по типу материала, из которого изготовлен объект, что позволяет идентифицировать объекты по этому признаку.

Оценки параметров a и b для объектов, изготовленных из различных материалов, приведены в таблице.

Представленные на фиг. 2 экспериментальные данные позволяют получить значения коэффициентов пропорциональности , и путем решения системы уравнений (1). По имеемым экспериментальным данным .

Источники информации.

1. Патент SU N 1827654, кл. G 01 S 15/00, 1993.

2. Патент RU N 2006876, кл. G 01 S 15/00, 1994.

3. Костылев А.А. Идентификация радиолокационных целей при использовании сверхширокополосных сигналов: методы и приложения. Зарубежная радиоэлектроника N4, 1984, с.94-96 (прототип).

4. Справочник по гидроакустике/А.П. Евтютов, А.Е. Колесников и др. Л.: Судостроение, 1988, с.18-26.