DIGITAL SPACE-TIME SIGNAL PROCESSING IN MULTI-BEAM SONAR OF UNDERWATER ROBOTIC SYSTEM
Abstract
The peculiarities of digital space-time signal processing (DSTSP) in multi-beam sonar (MBS) of marine underwater robotic systems (URS) for monitoring the situation in the direction of underwater vehicle movement and detecting potentially dangerous for navigation obstacles are considered. Specifications of the forward looking sonar for universal multichannel towed complex of the deep-water unmanned underwater vehicle, created in the Scientific and Design Bureau of Digital Signal Processing of the Southern Federal University, are given.It is shown that when using the probing signals with linear frequency modulation (LFM) to achieve high resolution and given range, in the case of unknown moving underwater objects detection extraneous errors of distance measurement occur due to the Doppler effect influence on the frequency of reflected sig-nals. This leads to an increased navigational hazard of various purposes autonomous and remote-ly controlled, manned and unmanned underwater vehicle operation. The purpose of this paper is to estimate additional errors of distance measurement and synthesis of DSTSP algorithms in the MBS, which allow excluding the specified drawback and increasing the safety of URS navigation. The article considers the algorithm of DSTSP, which allows operation with moving underwater objects, potentially dangerous for navigation, to improve the accuracy of determining the distance to them, as well as to determine their speed and direction of movement relative to URS. The speed and direction of the detected underwater objects motion will allow increasing the navigation safety and expanding the functional capabilities of marine URS of various purposes. Structural scheme of the algorithm and description of its functioning in forward looking MBS marine submarine RTK for different purposes is given.
References
2. Найт У.С., Придэм Р.Г., Кэй С.М. Цифровая обработка сигналов в гидролокационных системах // ТИИЭР. – 1981. – Т. 69, № 11. – С. 84-155.
3. Маркович И.И. Цифровая обработка сигналов в системах и устройствах: монография. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2012. – 236 с.
4. Маркович И.И. Цифровая пространственно-временная обработка сигналов в гидроаку-стических системах и комплексах. Подводные технологии и средства освоения Мирово-го океана. – М.: Изд. дом «Оружие и технологии», 2011. – С. 366-373.
5. Маркович И.И. Методы и алгоритмы цифровой пространственно-временной обработки гидроакустических сигналов в многолучевых эхолотах и локаторах препятствий // Фун-даментальная и прикладная гидрофизика. – СПб.: Наука, 2014. – Т. 7, № 2. – С. 58-71.
6. Маркович И.И., Душенин Ю.В. Применение многолучевых гидроакустических средств с цифровой пространственно-временной обработкой для экологического мониторинга водных районов // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015 – № 12 (173). – С. 85-98. 7. Маркович И.И., Душенин Ю.В. Применение поисковых многолучевых гидроакустиче-ских средств с цифровой пространственно-временной обработкой сигналов в амфибий-ной авиации // Сб. докладов X Международной научной конференции по гидроавиации «Гидроавиасалон-2014». – М.: ЦАГИ, 2014. – Ч. II. – С. 231-237.
8. Маркович И.И. Многофункциональный гидроакустический комплекс авиационного ба-зирования. Морская, авиационная и ракетно-космическая техника, радиотехника, авто-матика и управление: состояние и перспективы развития в ЮФУ: монография / под ред. И.И. Марковича. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2011. – С. 7-38.
9. Маркович И.И., Котов И.Н., Семеняк П.Л., Ковалев Э.П., Жирнов В.С., Насыров В.Г. Ап-паратная реализация и натурные испытания глубоководного гидроакустического комплек-са с цифровым формированием и обработкой сигналов // Матер. Международной научно-технической конференции «Многопроцессорные вычислительные и управляющие систе-мы» (МВУС-2009). – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. – Т. 2. – С. 202-204. 10. Маркович И.И., Душенин Ю.В., Губанов Ю.Н., Ковалев Э.П., Жирнов В.С., Примак В.П. Результаты натурных испытаний многолучевого эхолота с цифровой пространственно-временной обработкой // Материалы Международной научно-технической конференции «Многопроцессорные вычислительные и управляющие системы» (МВУС-2009). – Та-ганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. – Т. 2. – С. 194-196.
11. Маркович И.И., Душенин Ю.В., Жирнов В.С., Семеняк П.П., Ковальчук Д.В. Локатор препятствий глубоководного носителя // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 3(16). – С. 128-135.
12. Маркович И.И., Душенин Ю.В., Шелестенко Е.Ю. Применение современных вычисли-тельных средств в перспективных гидролокаторах переднего обзора // Матер. Второй Всероссийской научно-технической конференции «Суперкомпьютерные технологии» (СКТ-2012). – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2012. – С. 230-234.
13. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы: пер. с англ. / под ред. В.С. Кельзо-на. – М.: Сов. радио, 1971. – 568 с.
14. Маркович И.И., Копытин А.С., Марьев А.А. Цифровая обработка сигналов в радиолока-ционном комплексе, использующем зондирующие сигналы с линейной частотной моду-ляцией и изменяющимся знаком девиации частоты // Матер. Третьей Всероссийской на-учно-технической конференции «Суперкомпьютерные технологии» (СКТ-2014). – Рос-тов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2014. – Т. 2. – С. 235-239.
15. Маркович И.И. Алгоритм селекции движущихся целей с череспериодной компенсацией огибающих сигналов. Радиолокационные системы специального и гражданского назна-чения 2015–2017 / под ред. Ю.И. Белого. – М.: Радиотехника, 2016. – С. 426-438.
16. Маркович И.И. Реализация алгоритмов цифрового формирования квадратурных состав-ляющих в локационных комплексах различного назначения // Вестник компьютерных и информационных технологий. – 2006. – № 6. – С. 16-21.
17. Маркович И.И., Андриенко В.А., Ершова О.В. Цифровая обработка сигналов в гидроаку-стических комплексах // Матер. 2-й Всероссийской научно-технической конференции «Суперкомпьютерные технологии» (СКТ-2012). – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2012. – Т. 2. – С. 230-234.
18. Пат. 2626380 РФ: МПК-2015.01 G01S 13/52; G01S 13/58. Система селекции движущихся целей с измерением дальности, радиальной скорости и направления движения / Марко-вич И.И., Марьев А.А.; заявитель и правообладатель ФГАОУ «Южный федеральный университет». – № 2016141527; заявл. 21.10.2016, опубл. 26.07.2017, Бюл. № 21.
19. Маркович И.И., Марьев А.А. Селекция движущихся целей с измерением дальности, ра-диальной скорости и направления движения // Вестник воздушно-космической оборо-ны. – 2019. – № 1 (21). – С. 31-40.
20. Маркович И.И. Алгоритм цифровой обработки сигналов локатора препятствий с изме-рением скорости и направления движения подводных объектов // Матер. 5-й Всероссий-ской научно-технической конференции «Суперкомпьютерные технологии» (СКТ-2018). – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2018. – Т. 2 – С. 150-155.
