Бесплатно скачать, заказать диплом, курсовую, диссертацию Разработка метода распознавания рыБнык скоплений по гидролокационным сигналам на фоне доннык отражений

У нас уже 176407 рефератов, курсовых и дипломных работ

Сделать закладку на сайт

Заказать диплом, курсовую, диссертацию

Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Книга жалоб
и предложений

Название	Разработка метода распознавания рыБнык скоплений по гидролокационным сигналам на фоне доннык отражений

Количество страниц	123

ВУЗ	МГИУ

Год сдачи	2010

Бесплатно Скачать	23258.doc

Содержание	Содержание ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ... 5 ВЕДЕНИЕ... 6 1. ОБЗОР МЕТОДОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАСПОЗНАВАНИЯ РЫБНЫХ СКОПЛЕНИЙ. 1.1 Обзор методов распознавания рыбных скоплений... 8 1.1.1. Обнаружение рыбных скоплений томографическим способом... 9 1.1.2. Обнаружение рыбных скоплений пассивным способом с помощью стационарных гидроакустических средств... 12 1.1.3. Обнаружение рыбных скоплений с использованием согласованной фильтрации... 14 1.1.4. Поиск рыбных скоплений способом обнаружения кильватерного следа... 16 1.1.5. Обнаружение рыбных скоплений когерентным способом... 20 1.1.6. Обнаружение рыбных скоплений по изменению фазовых соотношений в отраженном сигнале... 23 2. Постановка задачи распознавания рыбных скоплений... 32 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1... 36 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБА РАСПОЗНАВАНИЯ ЭХОСИГНАЛОВ ОТ РЫБНЫХ СКОПЛЕНИЙ НА ФОНЕ ДОННЫХ ОТРАЖЕНИЙ. 2.1 Обоснование и способы распознавания рыбных скоплений на фоне донных отражений... 37 2.1.1. Модель сигнала и акустические характеристики сигналов, рассеянных на рыбных скоплениях... 37 2.1.2 Модель реверберации и акустические характеристики помех, включая донную реверберацию... 43 3 2.1.3. Обоснование параметрической излучающей аппаратуры для снижения помех донной реверберации... 53 2.1.4. Выбор и обоснование формы зондирующего импульса... 59 2.1.5. Обоснование и разработка способа распознавания рыбных скоплений на фоне донных отражений по методу междуцикловой корреляционной обработки сигналов... 63 2.1.6. Обоснование и разработка способа распознавания рыбных скоплений на фоне донных отражений по методу переизлучения отраженных сигналов... 66 2.1.7. Построение функциональной схемы... 73 2.2. Разработка алгоритма обработки сигналов... 75 2.2.1. Алгоритм согласованной фильтрации... 75 2.2.2. Алгоритм выделения локальных максимумов... 80 2.2.3. Построение оптимальных решающих правил... 91 ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 2... 98 3 ЭКСПРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ РАСПОЗНАВАНИЯ РЫБНЫХ СКОПЛЕНИЙ НА ФОНЕ ДОННЫХ ОТРАЖЕНИЙ. 3.1. Расчет и обоснование выбора основных параметров обнаружителя рыбных скоплений... 99 3.1.1. Энергетический расчет... 99 3.1.2. Выбор параметров зондирующего импульса... 102 3.1.3. Выбор и обоснование ширины полосы пропускания приемно-излучающего тракта... 103 3.1.4. Расчет времени поиска рыбного косяка... 104 3.2. Описание экспериментальной аппаратуры и условие проведения экспериментальных исследований... 104 3.3. Результаты обработки экспериментальных данных... 105 4 ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 3... 121 ЗАКЛЮЧЕНИЕ... 122 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ... 123 ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ AM - Амплитудная модулияция ВРЧ - волна разностной частоты ГАС - гидроакустические системы ГБО - гидролокатор бокового обзора ГЛ - гидролокатор ГЛС - гидролокационная станция ГРС - глубинный рассеивающий слой ЗРС - звукорассеивающие слои ЛЧМ - линейная частотная модуляция МКО - междуцикловая корреляционная обработка ОВКФ - огибающая взаимно корреляционной функции ОПУ - ограниченно-пороговое устройство ПИА - параметрическая излучающая антенна ППА- параметрическая приемная антенна СФ - согласованный фильтр УВЧ - усилитель высокой частот УНЧ - усилитель нижний частот ХН - характеристика направленности ФНЧ - фильтр нижний частот ЧМ - частотная модуляция ВВЕДЕНИЕ Современное ведение рыбного промысла не возможно представить без использования гидроакустической аппаратуры. В настоящее время успешное решение ряд важных промысловых задач зависит от наличия достоверной информации, получаемой, в частности, в результате подводного обзора с помощью различных технических средств. К таким средствам относятся эхолоты, шумопеленгаторы, гидролокаторы... К числу важных задач, решаемых с использованием таких средств, можно отнести: обнаруживать рыбные скопления на значительных расстояниях от судна, определять их координаты, выбирать в промысловых районах места с наиболее плотной концентрацией рыбы и др. В последнее время наибольшую роль при поиске рыбных скоплений играют гидролокационные станции (ГЛС). Это обусловлено рядом присущих преимуществ, к наиболее важным из которых относятся: • Гидролокаторы позволяют обнаружить эхосигналы от рыбных скоплений на больших расстояниях не зависимо от метеорологических условий. • Эффективные алгоритмы обработки гидролокационных сигналов, реализуемые на новой элементной базе, позволяют повышать вероятность обнаружения косяков рыб. Благодаря отмеченным преимуществам, ГЛС находят широкое применение при решении задач обнаружения, определения координат и распознавания рыбных скоплений. Одно из важнейших направлений в современной гидролокации — создание методов обработки сигналов, позволяющих получить наиболее полную информацию о наблюдаемых объектах, которая содержится гидролокационном сигнале. Гидролокационное распознавание является частью этого направления и 7 предполагает получение гидролокационных характеристик объектов, выбор информативных и устойчивых признаков распознавания и принятие решений о принадлежности этих объектов к тому или иному классу. Методы и способы обнаружения и распознавания рыбных скоплений по гидролокационным сигналам с успехом применяются на практике. Но к сожалению, научные разработки, выполняемые в области обработки эхосигналов, еще не нашли столь широкого применения на практике. Поэтому теоретические и экспериментальные исследования в этом направлении внесли определенный вклад в теорию и практику рыболокации и не потеряли актуальность до настоящего времени. Они способствовали совершенствованию эффективного использования гидроакустической поисковой аппаратуры в промышленном рыболовстве, а также созданию и развитию гидроакустического метода распознавания рыбных скоплений. К наиболее перспективным ГЛС, обладающим высокими информационными способностями, относятся ГЛС с обработкой сложных зондирующих сигналов и согласованным фильтром, обеспечивающие высокую разрешающую способность по дальности распознавания отдельных отражающих элементов рыбных скоплений. Существуют различные методы распознавания рыбных скоплений на фоне донных отражений. В данной работе предлагается метод междуцикловой корреляционной обработки сигналов, основанный на устойчивости временных положений существенных максимумов в огибающей взаимно корреляционной функции (ОВКФ), отраженного от дна сигнала с копией излученного сложного зондирующего импульса и неустойчивости флуктуации временных положений этих максимумов для ОВКФ случайных сигналов, рассеянных на рыбных скоплениях с копией сложного зондирующего импульса. Эти статические закономерности подтверждены экспериментально и могут использованы распознавания рыбных скоплений. 8 ГЛАВА 1 ОБЗОР МЕТОДОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАСПОЗНАВАНИЯ РЫБНЫХ СКОПЛЕНИЙ 1.1.Обзор методов распознавания рыбных скоплений Освоение новых районов и объектов рыбного промысла в открытой части Мирового океана привело наряду с увеличением уловов к возрастанию расходов промысловых ресурсов, снижению экономической эффективности. Одним из основных резервов повышения отдачи добывающего рыболовецкого флота является уменьшение времени поиска, снижение числа безуспешных тралений и заметов за счет надежного обнаружения, распознавания рыбных скоплений и прицельного наведения орудий лова с помощью высокоэффективной рыбопоисковой аппаратуры. Рыбопоисковая аппаратура позволяет решать многие задачи, возникающие в условиях промысла: обнаруживать рыбные скопления, определять их координаты, выбирать в промысловых районах места с наиболее плотной концентрацией рыбы и т.д. Таким образом, создание и оснащение добывающих судов рыбопоисковыми приборами с улучшенными характеристиками является первостепенной задачей научно-технического прогресса промышленного рыболовства. В настоящее время рыбопоисковая аппаратура оборудована устройствами микропроцессорной обработки сигналов, цветными индикаторами, ситуационными дисплеями и др.. [1]. В большинстве своем рыбопоисковые комплексы являются гидроакустическими. В гидроакустическом сигнале полезная информация оказывается замаскированной помехами, поэтому к числу основных функций гидролокационных рыбопоисковых станций относится обнаружение, распознавание эхосигналов от рыбных скоплений на фоне мешающих отражений. Интенсивность эхосигналов зависит от отражающих способностей рыбных скоплений. Авиационная визуальная разведка районов промысла ограничена по глубине просмотра (25м), сильно зависит от гидрометеорологических условий, не позволяет с достаточной точностью подсчитать массу рыбного сырья в районе промысла [24]. Мониторинг температуры поверхности океана недостаточно объективен для определения подхода подводных косяков, так как условия в глубинах океана отличаются от поверхности [24]. 1.1.1. Обнаружение рыбных скоплений томографическим способом Известен способ, заключающийся в том, что осуществляют непрерывное излучение акустических колебаний в широкой полосе частот, прием их на некотором расстоянии от излучателя и измерение уровня интенсивности - / принятого сигнала [32]. При наличии рыбного скопления в водном пространстве между излучателем и приемником уменьшается интенсивности - / величина принятого сигнала из — за эффекта затенения. О плотности скопления рыб судят по снижению интенсивности - /, а по длительности сигнала — о количестве прошедших через устройство рыб. Недостатки такого способа заключаются в следующем: необходимость применения двух рыболовецких судов и ограниченная дальность обнаружения рыбных скоплений. По этому способу применяют также широкополосный сигнал и антенну с фиксированной в пространстве диаграммой направленности, обработку сигнала производят в узких полосах частот, фиксируют составляющие спектра, наиболее затененные косяком, определяя тем самым резонансную частоту рыбных скоплений на соответствующей глубине косяка. Одновременно измеряют время прохождения косяком на этой глубине диаграммы направленности. Сравнивают измеренное время с расчетным интервалом времени прохождения косяком горизонтального сечения диаграммы направленности рыбами разного размера. По принадлежности измеренного 10 времени к тому или ному интервалу определяют размер рыб и глубину плавания косяка [32]. На рис. 1.1 схематично показано, как происходит обнаружение косяка с расположением излучателя на плавучем буе, где: 1 -приемник; 2 - диаграмма направленности; 3 - широкополосный излучатель; 4 -кабель; 5 - аппаратура обработки; 6 — буй; 7 - косяк рыб. На рис 1.2 приведена структурная схема устройства для осуществления способа. Приемник 1 устанавливают на дне пролива. Он имеет диаграмму направленности 2. Широкополосный излучатель 3 устанавливается, например, на буе 6. Приемник 1 соединен кабелем 4 с аппаратурой обработки 5, расположенной, как правило, на берегу. Излучатель 3, приемник 1 и последующий тракт обработки 5 рассчитаны на широкий диапазон, соответствующий резонансным частотам пузырей рыб, плавающих на разных глубинах. Прошедшие через косяк 7 сигналы излучателя 3 принимаются приемником 1, усиливаются широкополосным усилителем, интегрируются детектором и поступает на компаратор, который срабатывает при установленных уровнях переднего фронта интегрированного импульса и вырабатывает импульс запуска, и остановки измерителя времени, например, электронного секундомера. Одновременно широкополосный шум с усилителя 8 поступает на анализатор спектра частот. Амплитуда частоты спектра, соответствующая резонансной частоте рыбного пузыря, вследствие наибольшего отражения от косяка на этой частоте будет наименьшей. Зависимость резонансной частоты пузырей рыб от глубины их плавания, рассчитываются по формуле [32]: 0,885 /4,2(10 + Я„) + 100 Fp= V L p)-------- (1-1) где Fp —резонансная частота, кГц; Нр — глубина косяка, м; L — полная длина рыбы, см Диаграмма направленности 2 может быть реализована по форме, близкой к пирамидальной, обращенной к поверхности моря основанием. Ее горизонтальное сечение на разных глубинах будет иметь разную 12 протяженность. Время прохождения этого сечения косяком рассчитывается по формуле: 2\HB-Hp)gg V V УР Где Н d - глубина водоема, м. Нр - глубина косяка, м. а - половина угла раствора диаграммы направленности. Vp — скорость рыб соответствующего размера, м/с Однако такой способ применяется тогда, когда, рыбные скопления находятся под килем судна или буя, это значит расстояние действия очень малое. 1.1.2. Обнаружение рыбных скоплений пассивным способом с помощью стационарных гидроакустических средств. Эффективным средством обнаружения рыбных косяков и измерения их параметров, очевидно, может быть средство, основанное на физическом контакте с ними. В настоящее время наиболее надежным носителем информации о подводных объектах и их свойствах являются акустические волны звукового и ультразвукового диапазонов. На пути успешного использования этих волн труднопреодолимым барьером стоят естественные шумы морской среды. Они являются порогом, ограничивающим обнаружения и распознавания подводных объектов большинством гидроакустических приборов. Преодоление этого барьера возможно, если шумам морской среды придать функцию носителя информации об обнаружении объектов и их свойствах. Реализация этой функции удачно осуществляется способом гидроакустической эмиссионной реконструктивной томографии [24,33]. По 13 этому способу на дне водоема располагается приемник 1- гидрофон, рабочей поверхностью направленный к поверхности моря (рис. 1.3). Приемник обладает направленностью в вертикальном направлении и принимает шумы морской среды с некоторой площади поверхности из пространства, ограниченного диаграммой направленности. Принятые шумовые сигналы усиливаются широкополосным усилителем, детектируется детектором, и подаются на индикатор. Одновременно с усилителя сигнал через гребенчатый фильтр подается на анализатор спектра. Чем плотнее косяк, тем сильнее он будет затенять приемник, что будет зафиксировано индикатором. По этому способу реализуют обнаружения рыбных косяков и определяют их параметры: геометрические размеры, скорость и глубину плавания, пространственную плотность, их численность и др. [24,33]. Очевидно, создание техническими средствами столь широко-полосного сигнала для исследования свойств подводных объектов — задача весьма непростая, но такой сигнал «бесплатно», непрерывно во времени и в пространстве, существует в природе. Однако в настоящее время такой системы не существует, так как зона обнаружения слишком мала, способность перемещения низкая. Детектор Индикатор Гидрофон Широкополосный усилитель Гребенчатый ^- Анализатор фильтр спектра Рис. 1.4. Функциональная схема устройства обнаружения рыб пассивным способом 1.1.3. Обнаружение рыбных скоплений с использованием согласованной фильтрации Обнаружение целей производится с помощью приемного устройства ГЛС. На основании рекомендаций, приведенных в работах [7, 40], для оптимального обнаружения рыбных скоплений в приемном устройстве должны выполняться следующие операции: U«(t)U.(t) щ Перемножающее устройства \ Интегратор 4(0 Пороговое устройство Решающее устройство 1 - Умножение входного напряжения сигнала UBX(t) на опорное напряжение Uon(t), являющееся копией излученных ГЛС сигналов; 2 - Интегрирование полученного произведения за время существования Тэх эхосигнала тэх: определяется интеграл вида ex v]P где 15 Uex(t) = aU{t) + Un{i) - сумма напряжений эхосигнала и помехи (при а = ао =0 эхосигнал на входе оптимального приемного устройства отсутствует, а при а = ао = 1 присутствует); Uon(t) = k,aJU{t) — копия излученного сигнала ГЛС; 3 - Сравнение выходного напряжения интегратора с некоторым постоянным напряжением, Ъх " к Г/ Т "*2 f« именуемым пороговым UnOpi при ?/вшг >UnOp принимает решение о наличии рыбных скоплений; при Ueblx < UnOn считают, что рыбных скоплений нет. На рис. 1.6.а. показан результат перемножения входного напряжения эхосигнала Uex и опорного напряжения Uon. Выходное напряжение после интегратора Ueblx достигает максимума в момент времени t^, соответствующий окончанию действия на ограниченно-пороговом устройстве (ОПУ) эхосигнала. Затем происходит спадание выходного напряжения до нуля, что соответствует подготовке ОПУ к обнаружению других целей. Если на входе ОПУ имеются сигнал и помеха, то в результате перемножения опорного и входного напряжений на выходе схемы перемножения будет случайный процесс (рис. 1.6.6). В этом случае точно предсказать результат сравнения выходного напряжения с пороговым нельзя. Составляющая выходного напряжения от эхосигнала достигает максимума в момент времени t~. В этот момент и следует производить сравнение выходного и порогового напряжений. Для повышения соотношения сигнал/помех целесообразно излучать сложный сигнал, для которого FT»\, где F— ширина полосы сигнала, Г-длительность сигнала. Недостатками этого способа являются: малая дальность действия; требование большого соотношения сигнал/помеха, а - в цепях ОПУ при отсутствии помех б - в цепях ОПУ при наличии на входе сигнала и помехи 1.1.4. Поиск рыбных скоплений способом обнаружения кильватерного следа. Известен способ обнаружения кильватерного следа, основанный на ослаблении сигнала между излучателем и приемником, вызванного затенением приемника кильватерным следом [36]. Этим методом является способ определения плотности рыбных скоплений по ослаблению гидроакустического сигнала между излучателем и приемником при проходе между ними рыбных скоплений. Способ включает непрерывное излучение акустических сигналов в водную среду, прием их на некотором расстоянии от источника излучения, 17 измерение интегральной величины принятого сигнала, т.е. по степени «затенения» судят о наличии рыбного скопления и его плотности. Однако данный способ также не позволяет определить направление движения рыбных скоплений и имеет недостаточную точность определения координат рыбного скопления, технически сложно осуществлять разнесенный прием-излучение с двух судов. Для устранения такого недостатка используется метод, в котором излучают сигнал в морскую среду, прием осуществляют с помощью приемника, расположенного на некотором расстоянии от источника излучения, измеряют величину изменения сигнала, вызванного появлением в контролируемом пространстве рыбного косяка, фиксируют моменты времени и последовательность появления и исчезновения. По продолжительности действия измененного уровня принимаемого акустического сигнала определяют время и направление прохождения рыбным косяком пространственных зон диаграмм направленности приемника. Диаграммы направленности приемника формируют соосными и с наклонном оси относительно вертикали. Направление рыбного косяка определяют по соотношению отрезков времени действия измененного уровня принимаемого сигнала, отсчитанных от момента начала изменения уровня в наиболее широкой диаграмме направленности до момента начала изменения уровня в каждой последующей более узкой диаграмме направленности, к отрезкам времени, отсчитанным от момента возвращения измененного уровня сигнала к исходному в каждой диаграмме направленности меньшего угла раствора до аналогичного момента вращения в ближайшей более широкой диаграмме направленности приемника. При отрицательной разности этих отрезков рыбный косяк движется в направлении наклона оси диаграммы направленности, при положительной разности - в противоположном направлении. На рис.1.7.а. представлены диаграммы направленности и положение объекта при их пересечении; на рис 1.7(а. - угол отклонения оси

Список литературы

Цена, в рублях: (при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)	1425

Скачать бесплатно	23258.doc

Найти готовую работу

ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:

Связаться

Вход для партнеров

Регистрация

Восстановить доступ

Материал для курсовых и дипломных работ

15.04.24 Задачи, условия и этапы организации экспериментальной работы

15.04.24 Критерии качества преподавания

15.04.24 Категория нормы в обучающей деятельности

Архив материала для курсовых и дипломных работ

Ссылки:

Счетчики:

© 2006-2022. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.