О ПРИМЕНИМОСТИ МЕТОДА БЫСТРОГО ЦИФРОВОГО ФОРМИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРАВЛЕННОСТИ В СИСТЕМАХ ЛОКАЦИИ СО СЛОЖНЫМИ СИГНАЛАМИ
Аннотация
Работа относится к области гидроакустики, а именно к задаче цифрового формирова-
ния характеристик направленности (ЦФХН) на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ)
по пространству в многолучевом эхолоте (МЛЭ) с квадратурной цифровой обработкой сигна-
лов. Рассматривается вопрос применимости ЦФХН на основе БПФ при использовании относи-
тельно широкополосных зондирующих сигналов. Основное внимание уделяется МЛЭ со статич-
ным веером лучей (характеристик направленности), в то же время полученные результаты
применимы и для систем локации, обеспечивающих динамическое управление лучом. Целью ис-
следования является установление связи между относительной шириной спектра зондирующе-
го сигнала и уровнем полезного сигнала в пространственном канале МЛЭ с заданным наиболь-
шим отклонением луча от нормали. Определено качественное условие применимости ЦФХН на
основе БПФ по пространству для зондирующего сигнала с заданной относительной полосой.
Получено аналитическое выражение, связывающее коэффициент ослабления сигнала в про-
странственном канале со следующими характеристиками сигнала и приемника: число элемен-
тов линейной эквидистантной антенной решетки (АР), расстояние между элементами АР,
угол отклонения луча от нормали, корреляционная функция комплексной огибающей зондирую-
щего сигнала, оконная функция для весовой обработки отклика согласованного фильтра (СФ) в
спектральной области. Приведенные результаты могут быть полезны при проектировании
многолучевых эхолотов, обеспечивающих высокое разрешение как по дальности, так и по угло-
вым координатам.
Литература
ispol'zovaniya mnogoluchevogo ekholota: ucheb. posobie [Theory, device and methods of using
a multipath echo sounder: textbook]. Moscow: Moskovskaya gosudarstvennaya akademiya
vodnogo transporta, 2013, 202 p.
2. Zhou T., Li S., Li H. and Yin L. Application of aperture extrapolation beamformer in
multibeam bathymetric sonar, IEEE 10th International Conference on Signal Processing Proceedings,
2010, pp. 2349-2352.
3. Jung J., Park J., Choi J. and Choi H. Terrain Based Navigation for an Autonomous Surface
Vehicle with a Multibeam Sonar, OCEANS 2019 - Marseille, 2019, pp. 1-4.
4. Markovich I.I., Dushenin Yu.V. Primenenie poiskovykh mnogoluchevykh gidroakusticheskikh
sredstv s tsifrovoy prostranstvenno-vremennoy obrabotkoy signalov v amfibiynoy aviatsii
[Application of search multipath sonar with digital spatial-temporal signal processing in amphibious
aviation], Gidroaviasalon-2014: X mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya po
gidroaviatsii: Sb. dokladov. Gelendzhik, 05–06 sentyabrya 2014 goda [Gidroaviasalon-2014:
X International Scientific Conference on hydroaviation: Collection of reports. Gelendzhik,
05-06 September 2014]. Gelendzhik: Izdatel'skiy otdel TsAGI, 2014, pp. 231-237.
5. Markovich I.I. TSifrovaya obrabotka signalov v sistemakh i ustroystvakh [Digital signal processing
in systems and devices]. Rostov-on-Don: YuFU, 2012, 234 p.
6. Krivtsov A.P., Smol'yaninov I.V. Algoritm korrektsii ekho-signalov v mnogoluchevom
ekholote s LChM zondiruyushchim signalom [Algorithm of correction of echo signals in a
multipath echo sounder with an LFM sounding signal], Zhurnal radioelektroniki [Journal of
Radio Electronics], 2020, No. 2, pp. 9.
7. Zaytsev A.A., Markovich I.I. Tsifrovaya prostranstvenno-vremennaya obrabotka gidroakusticheskikh
signalov v mnogoluchevykh ekholotakh i vperedsmotryashchikh lokatorakh [Digital
space-time processing of sonar signals in multipath echo sounders and forward–looking
locators], Fundamental'naya nauka – voenno-morskomu flotu: Mater. kruglogo stola v
ramkakh VI Mezhdu-narodnogo voenno-morskogo salona (MVMS-2013), Moskva, 02 iyulya
2013 goda [Fundamental Science - to the Navy: Materials of the round table within the
framework of the VI International Naval Salon (MVMS-2013), Moscow, July 02, 2013]. Moscow:
Reklamno-izdatel'skiy tsentr "Tekhnosfera", 2014, pp. 203-218.
8. Markovich I.I. Tsifrovaya prostranstvenno-vremennaya obrabotka signalov v mnogoluchevom
gidrolokatore morskogo podvodnogo robototekhnicheskogo kompleksa [Digital spatiotemporal
signal processing in a multipath sonar of a marine underwater robotic complex], Izvestiya YuFU.
Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2019, No. 1 (203), pp. 239-248.
9. Knight W.C., Pridham R.G. and Kay S.M. Digital signal processing for sonar, in Proceedings
of the IEEE, Nov. 1981, Vol. 69, No. 11, pp. 1451-1506.
10. Okino M. and Higashi Y. Measurement of seabed topography by multibeam sonar using CFFT,
in IEEE Journal of Oceanic Engineering, October 1986, Vol. 11, No. 4, pp. 474-479.
11. Shah G.S. and Talukdar K.K. A study of enhanced signal processing on multibeam bathymetric
data, Oceans '99. MTS/IEEE. Riding the Crest into the 21st Century. Conference and Exhibition.
Conference Proceedings (IEEE Cat. No.99CH37008), 1999, Vol. 2, pp. 904-909.
12. Barbu M., Kaminsky E.J., & Trahan R.E. (n.d.). Fractional Fourier Transform for Sonar Signal
Processing, Proceedings of OCEANS 2005 MTS/IEEE.
13. Zarayskiy V.A., Tyurin A.M. Teoriya gidrolokatsii [The theory of sonar]. Leningrad: VMA,
1973, 604 p.
14. Gonorovskiy I.S. Radiotekhnicheskie tsepi i signaly: ucheb. posobie dlya studentov vuzov,
obuchayushchikhsya po napravleniyu podgotovki "Radiotekhnika" [Radio engineering circuits
and signals: a textbook for university students studying in the field of training "Radio Engineering"].
5th ed. Moscow: Drofa, 2006, 719 p.
15. Baskakov S.I. Radiotekhnicheskie tsepi i signaly: ucheb. dlya vuzov po spetsial'nosti
"Radiotekhnika" [Radio engineering circuits and signals: a textbook for universities in the specialty
"Radio Engineering"]. 5th ed. Moscow: Vysshaya shkola, 2005 (GUP Smol. obl. tip. im.
V.I. Smirnova), 462 p.
16. Fedosov V.P. Radiotekhnicheskie tsepi i signaly: dlya samostoyatel'nogo izucheniya: ucheb.
Posobie [Radio circuits and signals: for self-study: textbook]. Taganrog: Izd-vo TRTU, 2004,
208 p.
17. Maranda B. Efficient digital beamforming in the frequency domain, The Journal of the Acoustical
Society of America, 1989, Vol. 86 (5), pp. 1813-1819.
18. Rabiner L., Gould R. Teoriya i primenenie tsifrovoy obrabotki signalov [Theory and application
of digital signal processing]. Moscow: Mir, 1978.
19. Sergienko A.B. Tsifrovaya obrabotka signalov [Digital signal processing]. Saint Petersburg:
Izd-vo «Piter», 2002, 608 p.
20. Markovich I.I. Algoritm tsifrovoy prostranstvenno-vremennoy obrabotki signalov lokatora
prepyatstviy s izmereniem skorosti i napravleniya dvizheniya podvodnykh ob"ektov [Algorithm
of digital spatiotemporal processing of obstacle locator signals with measurement of
speed and direction of movement of underwater objects], Superkomp'yuternye tekhnologii
(SKT-2018): Mater. 5-y Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii: v 2-kh t. Rostovna-
Donu, 17–22 sentyabrya 2018 goda [Supercomputer technologies (SKT-2018): Materials
of the 5th All-Russian Scientific and Technical Conference: in 2 vols. Rostov-on-Don,
September 17-22, 2018]. Rostov-on-Don: YuFU, 2018.
