Способ формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде

Способ формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике. Формируемая заявляемым способом широкомасштабная радиогидроакустическая система мониторинга, распознавания и классификации полей представляет собой систему, масштабируемую в пределах пространственно-развитых акваторий. Она функционирует на основе закономерностей нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных акустических волн с измеряемыми информационными волнами при совместном распространении в морской среде, а также с учетом закономерностей многолучевого распространения просветных акустических волн в протяженном гидроакустическом канале с переменными характеристиками среды и границ. Реализация этих закономерностей в способе формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы обеспечивает повышение чувствительности и увеличение дальности параметрического приема информационных волн «малых амплитуд» различной физической природы в широком диапазоне частот.

Применение аппарата нечеткой логики искусственных нейронных сетей позволяет решать задачи 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 представляемого в изобретении направления рассмотрим краткую историю разработки приемных параметрических антенн. В России и в зарубежных странах (США и Японии) такие разработки интенсивно проводились еще в прошлом столетии. В России параметрические антенны были разработаны и реализованы акустиками Таганрога. Материалы научно-технических разработок приемных параметрических антенн 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 и высокочастотная, частота которой составляла десятки, чаще сотни кГц. Параметрические антенны расширили возможности приема информационных волн в низкочастотной области, а также повысили чувствительность приема таких 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.

Недостатками приемных параметрических антенн и реализующих их измерительных систем, работа которых основана на высокочастотной акустической накачке среды, являются - малая дальность параметрического приема информационных волн и ограниченная возможность измерения их пространственно-временных характеристик, что особенно характерно проявляется при приеме информационных волн инфразвукового и дробного диапазонов частот. Указанные недостатки высокочастотных параметрических антенн обусловлены малым объемом и ограниченной протяженностью рабочей зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн накачки и измеряемых информационных волн в морской среде.

Исходя из этого, основными недостатками классических параметрических антенн, основанных на высокочастотной накачке среды, являются:

- недостаточная чувствительность и малая дальность параметрического приема информационных волн;

- отсутствие возможности приема волн различной физической природы, а именно гидродинамических и электромагнитных, формируемых объектами и средой.

Устранение указанных недостатков высокочастотных параметрических систем достигается в просветных параметрических системах с низкочастотной накачкой контролируемой среды, представляющих собой многолучевые пространственно-развитые параметрические системы. (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 способам формирования просветных параметрических антенн представлены в следующих изобретениях: «Способ формирования параметрической антенны в морской среде» пат. №2550588, RU G10K 11/00, 8.02.2014; «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 предлагаемому изобретению, которое выбрано в качестве прототипа, является способ формирования и применения радиогидроакустической системы мониторинга источников полей атмосферы, океана и земной коры, который реализован в «Радиогидроакустической системе параметрического приема волн источников и явлений атмосферы, океана и земной коры в морской среде» пат. №2593673 RU, G01H 3/00, 10.08.2016).

Рассматриваемый способ формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга обеспечивает:

- формирование рабочей зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых волн на контролируемом участке акватории, что позволяет 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 способа-прототипа, которые будут устранены в предлагаемом изобретении, являются следующие:

- отсутствуют технологии и реализующие их технические решения, обеспечивающие формирование (масштабирование) просветной параметрической системы мониторинга, распознавания и классификации полей в пределах заданного пространства широкомасштабной акватории;

- отсутствуют технологии и технические решения, обеспечивающие распознавание и классификацию источников формирования в морской среде информационных полей, как в автоматическом режиме, так и с участием оператора;

- отсутствуют технологии и технические решения, обеспечивающие выработку сигналов (команд) управления работой широкомасштабной системы в процессе мониторинга акваторий.

В совокупности, указанные недостатки предполагают разработку и реализацию в способе формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации полей, новых измерительных технологий и технических решений.

Исходя из этого, задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в разработке способа формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы, выполняющей мониторинг полей, генерируемых источниками в морской среде, в пределах протяженного пространства акватории. Это достигается путем масштабирования основной просветной параметрической системы за счет введения в ее структуру дополнительных подсистем, размещенных на заданных участках акватории. Способ формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы должен обеспечивать сбор, анализ многоканально принимаемой информации, распознавание и классификацию информационных полей, а также выработку команд управления работой широкомасштабной системы в соответствии с задачами и условиями мониторинга акваторий. Подстройка согласованного режима работы излучающего и приемных трактов основной (масштабируемой) системы и дополнительных подсистем к изменяющимся условиям среды распространения просветных волн и к проявлениям признаков источников информационных волн решается путем введения в структуру широкомасштабной системы Единого информационно-аналитического центра (ЕИАЦ) и линий нейросетевого анализа. Линии нейросетевого анализа обеспечивают возможность предварительного распознавания и классификации источников формирования в морской среде полей различной физической природы в автоматическом режиме работы. Блок итогового анализа в ЕИАЦ обеспечивает получение вывода о степени принадлежности исследуемой области спектра объекту классификации на основе оперативно обновляемой библиотеки математически обработанных образов спектрограмм объектов с участием оператора.

Итак, технический результат изобретения заключается в разработке способа формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы, обеспечивающей мониторинг, распознавание и классификацию полей, генерируемых источниками в морской среде, в пределах протяженного пространства акватории. Измерения характеристик информационных полей выполняются в диапазоне частот сотни-десятки-единицы-доли герц, включая СНЧ колебания движущихся объектов и неоднородности 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.

Для решения поставленной задачи способ формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде, включает в себя формирование основной просветной параметрической системы, а именно размещение в морской среде излучателей и приемных преобразователей, озвучивание среды низкочастотными акустическими сигналами стабилизированной частоты в диапазоне десятки-сотни герц, формирование в ней зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн различной физической природы, параметрический прием широкополосных сигналов подводными преобразователями и их передачу посредством кабелей в приемный тракт, где сигналы усиливают в полосе параметрического преобразования и обрабатывают тремя линиями корреляционного анализа и одной линией спектрального анализа, определяют признаки измеряемых волн с учетом частотно-временного и параметрического преобразования сигналов; при этом параметрическую антенну формируют в морской среде как пространственно-развитую и многолучевую, для чего используют три ненаправленных излучателя, которые располагают в центре обследуемого участка акватории и устанавливают по глубине на оси подводного звукового канала (ПЗК), выше и ниже оси ПЗК, а одинаковые по структуре приемные блоки размещают по глубине аналогично излучателям, при чем каждый приемный блок формируют из трех акустических преобразователей (гидрофонов), которые располагают по вершинам треугольников, основания которых размещают на одной вертикали, а вершины, противоположные основаниям, обращают к соответствующим излучателям; при этом основную просветную параметрическую систему формируют как комплекс пространственно-развитых, многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру обследуемой акватории через 45° и ориентированных от центра к периферии, а приемные блоки формируют как дискретные антенны, у которых расстояния между преобразователями (гидрофонами) устанавливают в соответствии с корреляционными характеристиками вертикальной структуры акустического поля.

Предлагаемый способ отличается тем, что основную просветную параметрическую систему масштабируют в пределах протяженного пространства акватории, для чего основную просветную параметрическую систему размещают в центре контролируемого участка акватории, а дополнительные подсистемы, введенные в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, размещают на заданных участках акватории, причем основную систему и дополнительные подсистемы объединяют общим излучающим трактом, но снабжают различными приемными трактами с их подводными излучателями и приемными блоками, для чего выходы излучающего тракта через блок переключения излучающих преобразователей соединяют через кабели с входами подводных излучателей основной и дополнительных подсистем, а выходы подводных приемных преобразователей соединяют через кабели с входами приемных трактов основной и дополнительных подсистем соответственно; принимаемые подводными преобразователями сигналы посредством кабелей передают в приемные тракты, где их обрабатывают линиями нейросетевого анализа, введенными в состав приемных трактов основной и дополнительных подсистем, и выполняют автоматическое распознавание принадлежности области спектра объекту классификации, затем результаты аналитической обработки по каналам связи через блок переключения приемных трактов передают в Единый информационно-аналитический центр (ЕИАЦ), введенный в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, где выполняют итоговый анализ, распознавание и классификацию математически обработанных образов спектрограмм объектов, а также вырабатывают команды управления работой широкомасштабной радиогидроакустической системы в соответствии с изменениями условий и задач мониторинга акватории. Кроме того, просветные параметрические антенны дополнительных подсистем формируют как комплекс многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру контролируемой акватории через 45° и ориентированных от центра к периферии, при этом дополнительные подсистемы удаляют от соседних с ними подсистем на дистанции, обеспечивающие мониторинг акватории. Кроме того, приемные блоки дополнительных подсистем формируют как дискретные антенны, у которых расстояния между преобразователями (гидрофонами) устанавливают в соответствии с корреляционными свойствами вертикальной структуры просветного акустического поля.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого способа и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

Отличительный признак, заключающийся в том, что «основную просветную параметрическую систему масштабируют в пределах протяженного пространства акватории, для чего основную просветную параметрическую систему размещают в центре контролируемого участка акватории, а дополнительные подсистемы, введенные в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, размещают на заданных участках акватории, причем основную систему и дополнительные подсистемы объединяют общим излучающим трактом, но снабжают различными приемными трактами с их подводными излучателями и приемными блоками» обеспечивает реализацию способа формирования широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации источников полей в пределах протяженного пространства акватории.

Отличительный признак, заключающийся в том, что «выходы излучающего тракта через блок переключения излучающих преобразователей соединяют через кабели с входами подводных излучателей основной и дополнительных подсистем» обеспечивает возможность создания 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 соединяют через кабели с входами приемных трактов основной и дополнительных подсистем» обеспечивает возможность создания и работы приемных трактов основной и дополнительных подсистем, как единого приемного комплекса широкомасштабной радиогидроакустической системы.

Отличительный признак, заключающийся в том, что «принимаемые подводными преобразователями сигналы посредством кабелей передают в приемные тракты, где их обрабатывают линиями нейросетевого анализа, введенными в состав приемных трактов основной и дополнительных подсистем, и выполняют автоматическое распознавание принадлежности области спектра объекту классификации» обеспечивает возможность предварительного распознавания и классификации источников формирования в морской среде полей различной физической природы путем анализа ненадежных и слабо формализованных входных данных, а также в условиях неполной и нечеткой входной информации.

Отличительный признак, заключающийся в том, что «результаты аналитической обработки по каналам связи через блок переключения приемных трактов передают в Единый информационно-аналитический центр (ЕИАЦ), введенный в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, где выполняют итоговый анализ, распознавание и классификацию математически обработанных образов спектрограмм объектов, а также вырабатывают команды управления работой широкомасштабной радиогидроакустической системы в соответствии с изменениями условий и задач мониторинга акватории» обеспечивает получение вывода о степени принадлежности исследуемой области спектра объекту классификации, используя оперативно обновляемую библиотеку математически обработанных образов спектрограмм объектов, а также обеспечивает управление работой широкомасштабной радиогидроакустической системы в соответствии с изменениями условий и задач мониторинга акватории.

Дополнительный отличительный признак, заключающийся в том, что «просветные параметрические антенны дополнительных подсистем формируют как комплекс многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру контролируемой акватории через 45° и ориентированных от центра к периферии, при этом дополнительные подсистемы удаляют от соседних с ними подсистем на дистанции, обеспечивающие мониторинг акватории» обеспечивает возможность дальнего параметрического приема многолучевыми антеннами информационных волн, генерируемых в морской среде естественными и искусственными источниками атмосферы, океана и земной коры.

Дополнительный отличительный признак, заключающийся в том, что «приемные блоки дополнительных подсистем формируют как дискретные антенны, у которых расстояния между преобразователями (гидрофонами) устанавливают в соответствии с корреляционными свойствами вертикальной структуры просветного акустического поля» обеспечивает помехоустойчивый параметрический прием информационных полей в протяженном гидроакустическом канале с переменными характеристиками среды и границ.

Исходя из совокупности отличительных признаков изобретения обобщенная формулировка технического результата заключается в разработке способа формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы, обеспечивающей мониторинг, распознавание и классификацию полей, генерируемых источниками в морской среде, в пределах протяженного пространства акватории. Измерения характеристик информационных полей выполняются в диапазоне частот сотни-десятки-единицы-доли герц, включая СНЧ колебания движущихся объектов и неоднородности 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 показана структурная схема, отражающая способ формирования и применения основной (масштабируемой) просветной параметрической системы мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде. На фиг. 2 приведена структурная схема, отражающая способ формирования и применения 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, сформированных в морской среде движущимся судном, частота подсветки среды 400 Гц, протяженность контролируемой трассы 30 км. На фиг. 4 представлен спектр электромагнитных излучений морского судна, частота подсветки среды 390 Гц, протяженность обследуемой трассы 45 км. Спектр иллюстрирует результат нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования 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. Как видно из рисунков 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.

Способ формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками 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., 2015).

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 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.

Способ и реализующая его система промышленно применима, так как для ее создания используются распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной техники.

1. Способ формирования и применения широкомасштабной радиогидроакустической системы мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде, включающий в себя формирование основной просветной параметрической системы, а именно размещение в морской среде излучателей и приемных преобразователей, озвучивание среды низкочастотными акустическими сигналами стабилизированной частоты в диапазоне десятки–сотни герц, формирование в ней зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн различной физической природы, параметрический прием широкополосных сигналов подводными преобразователями и их передачу посредством кабелей в приемный тракт, где сигналы усиливают в полосе параметрического преобразования и обрабатывают тремя линиями корреляционного анализа и одной линией спектрального анализа, определяют признаки измеряемых волн с учетом частотно-временного и параметрического преобразования сигналов; при этом параметрическую антенну формируют в морской среде как пространственно-развитую и многолучевую, для чего используют три ненаправленных излучателя, которые располагают в центре обследуемого участка акватории и устанавливают по глубине на оси подводного звукового канала (ПЗК), выше и ниже оси ПЗК, а одинаковые по структуре приемные блоки размещают по глубине аналогично излучателям, причем каждый приемный блок формируют из трех акустических преобразователей (гидрофонов), которые располагают по вершинам треугольников, основания которых размещают на одной вертикали, а вершины, противоположные основаниям, обращают к соответствующим излучателям; при этом основную просветную параметрическую систему формируют как комплекс пространственно-развитых, многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру обследуемой акватории через 45° и ориентированных от центра к периферии, а приемные блоки формируют как дискретные антенны, у которых расстояния между преобразователями (гидрофонами) устанавливают в соответствии с корреляционными характеристиками вертикальной структуры акустического поля, отличающийся тем, что основную просветную параметрическую систему масштабируют в пределах протяженного пространства акватории, для чего основную просветную параметрическую систему размещают в центре контролируемого участка акватории, а дополнительные подсистемы, введенные в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, размещают на заданных участках акватории, причем основную систему и дополнительные подсистемы объединяют общим излучающим трактом, но снабжают различными приемными трактами с их подводными излучателями и приемными блоками, для чего выходы излучающего тракта через блок переключения излучающих преобразователей соединяют через кабели с входами подводных излучателей основной и дополнительных подсистем, а выходы подводных приемных преобразователей соединяют через кабели с входами приемных трактов основной и дополнительных подсистем соответственно; принимаемые подводными преобразователями сигналы посредством кабелей передают в приемные тракты, где их обрабатывают линиями нейросетевого анализа, введенными в состав приемных трактов основной и дополнительных подсистем, и выполняют автоматическое распознавание принадлежности области спектра объекту классификации, затем результаты аналитической обработки по каналам связи через блок переключения приемных трактов передают в Единый информационно-аналитический центр (ЕИАЦ), введенный в состав широкомасштабной радиогидроакустической системы, где выполняют итоговый анализ, распознавание и классификацию математически обработанных образов спектрограмм объектов, а также вырабатывают команды управления работой широкомасштабной радиогидроакустической системы в соответствии с изменениями условий и задач мониторинга акватории.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что просветные параметрические антенны дополнительных подсистем формируют как комплекс многолучевых параметрических антенн, расположенных по кругу или периметру контролируемой акватории через 45° и ориентированных от центра к периферии, при этом дополнительные подсистемы удаляют от соседних с ними подсистем на дистанции, обеспечивающие мониторинг акватории.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приемные блоки дополнительных подсистем формируют как дискретные антенны, у которых расстояния между преобразователями (гидрофонами) устанавливают в соответствии с корреляционными свойствами вертикальной структуры просветного акустического поля.