[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2626284C1 - Passive method of detecting vehicles by its own acoustic noise - Google Patents

Passive method of detecting vehicles by its own acoustic noise Download PDF

Info

Publication number
RU2626284C1
RU2626284C1 RU2016124442A RU2016124442A RU2626284C1 RU 2626284 C1 RU2626284 C1 RU 2626284C1 RU 2016124442 A RU2016124442 A RU 2016124442A RU 2016124442 A RU2016124442 A RU 2016124442A RU 2626284 C1 RU2626284 C1 RU 2626284C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vehicle
signal
receiving antennas
receiving antenna
receiving
Prior art date
Application number
RU2016124442A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Михайлович Заславский
Владислав Юрьевич Заславский
Алексей Михайлович Соков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН)
Priority to RU2016124442A priority Critical patent/RU2626284C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2626284C1 publication Critical patent/RU2626284C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S3/802Systems for determining direction or deviation from predetermined direction

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: synchronously receive a signal for two antennas, digitize and store information arrays. Split the signal into intervals, carry out identification by maxima in the amplitude spectrum. Then carry out the scanning directional characteristics of receiving antenna for each nth time interval according to the total signal from the output of each of the two receiving antennas, build fan chart, determine the availability of transport by the presence of unexpected fan charts, then determine the azimuth direction relative to the center of the antenna as a weighted average of maximum angles peaks in fan pattern diagram, the sign of the difference between the angles, decide on direction, calculate the current y coordinate using the coordinates for the neighbouring define interval speed. The second implementation, determine the direction of the movement and location of the sign of the slope dependence of delay time correlation of maximum convolution arrays and on the dynamics of its inclination, calculate the autocorrelation function of total data then sum array and determine the speed of the vehicle as the ratio of the distance between the centers of the antennae to the time between the maximums of the autocorrelation function.
EFFECT: enabling simultaneous identification, calculate the speed and direction of movement.
2 cl, dwg 9 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам контроля движения транспортных средств и, в частности, их обнаружения.The present invention relates to methods for monitoring the movement of vehicles and, in particular, their detection.

Существуют различные способы обнаружения объектов транспортной техники. Основные задачи, которые обычно решают при обнаружении транспортного средства, это: локализация транспортного средства в пространстве, его идентификация, определение его скорости и направления движения. Для решения этих задач в совокупности или по отдельности очень часто привлекают одновременно измерительные средства, работающие с разными видами физических полей: акустические (звуковой диапазон), сейсмические, оптические, инфракрасные и др., поскольку таким сочетанием легче достигается большая информативность и большая независимость от условий наблюдения.There are various ways to detect objects of transport equipment. The main tasks that are usually solved when a vehicle is detected are: localization of the vehicle in space, its identification, determination of its speed and direction of movement. To solve these problems, in combination or separately, very often they simultaneously use measuring instruments working with different types of physical fields: acoustic (sound range), seismic, optical, infrared, etc., since this combination makes it easier to achieve greater information content and greater independence from conditions observations.

Измерительные средства могут осуществлять свою работу как активным, так и пассивным образом, причем последний имеет значительное преимущество, поскольку не позволяет обнаружить присутствие измерительных средств в контролируемой зоне пространства. Тут можно упомянуть такие широко используемые при контроле дорожного движения микроволновые устройства активной локации, как милицейские ГИБДД-радары, которым, как известно, успешно противодействуют антирадары.Measuring instruments can carry out their work both actively and passively, the latter having a significant advantage, since it does not allow detecting the presence of measuring instruments in a controlled area of space. Here we can mention such microwave devices of active location, which are widely used in traffic control, as police traffic police radars, which, as you know, are successfully counteracted by radar detectors.

Чисто акустических пассивных способов обнаружения транспортных средств известно крайне мало, и это, скорее всего, потому, что известные способы до сих пор не позволяли решать все задачи обнаружения в совокупности.Purely acoustic passive methods of detecting vehicles are known very little, and this is most likely because the known methods still have not allowed to solve all the detection tasks in the aggregate.

Так, например, способ, по которому осуществляет свою работу устройство, известное из патента РФ №2509372 «Устройство обнаружения движущихся наземных транспортных средств по акустическим сигналам» (МПК G08G 1/01, G08G 1/04; дата приоритета 22.06.2012; Авторы: Дудкин В.А., Панков А.А., Акимова Ю.С., Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет")), и в котором осуществляют прием акустического сигнала одним-единственным пассивным датчиком (микрофоном), усиливают и оцифровывают сигнал, а затем производят с ним различные манипуляции из области обработки, чтобы на принципах так называемой «нечеткой логики» принять либо не принять решение о наличии транспортного средства. Упомянутый способ, по утверждению авторов патента, может быть использован для помехоустойчивого обнаружения наземных транспортных средств по их акустическим сигналам при охране территорий и подступов к различным объектам, но из описания следует, что с его помощью можно только выделить транспортный шум из естественного акустического фона и зафиксировать факт нарушения границ охраняемой территории неопределенным транспортным средством.So, for example, the method by which the device known from RF patent No. 2509372 “A device for detecting moving land vehicles by acoustic signals” (IPC G08G 1/01, G08G 1/04; priority date 06.22.2012; Authors: Dudkin V.A., Pankov A.A., Akimova Yu.S., Patentee: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Penza State University" (Penza State University)), and in which they receive acoustic signal on one single passive sensor (microphone), amplified, and digitized signal, and then produce various manipulations with them from the treatment area to the principles of so-called "fuzzy logic" accept or not accept the decision on the presence of the vehicle. The mentioned method, according to the authors of the patent, can be used for noise-immune detection of ground vehicles by their acoustic signals while protecting territories and approaches to various objects, but from the description it follows that with its help it is only possible to distinguish traffic noise from a natural acoustic background and fix the fact of violation of the boundaries of the protected area by an undefined vehicle.

Из патента US 7071841 «Truck acoustic data analyzer system» (МПК: G08G 1/04; G08G 1/052; G08G 1/054; G08G 1/056; дата приоритета: 19.08.2004; авторы: Haynes; Howard D. (Knoxville, TN), Akerman; Alfred (Knoxville, TN), Ayers; Curtis W. (Kingston, TN); патентообладатель: UT-Battelle, LLC (Oak Ridge, TN)) известен пассивный акустический способ определения скорости движения крупного грузового транспорта, в котором осуществляют прием и анализ сигнала с одного либо двух микрофонов и определяют скорость движения транспортного средства по доплеровскому смещению дискрет в частном спектре излучаемого им акустического шума. Способ предназначен для работы только с одним из видов существующих транспортных средств и для решения только одной из задач обнаружения транспортного средства.From US 7071841, “Truck acoustic data analyzer system” (IPC: G08G 1/04; G08G 1/052; G08G 1/054; G08G 1/056; priority date: 08/19/2004; authors: Haynes; Howard D. (Knoxville , TN), Akerman; Alfred (Knoxville, TN), Ayers; Curtis W. (Kingston, TN); patentee: UT-Battelle, LLC (Oak Ridge, TN)) there is a passive acoustic method for determining the speed of a large freight transport, which carry out the reception and analysis of the signal from one or two microphones and determine the speed of the vehicle by the Doppler shift discrete in the private spectrum of the acoustic noise emitted by it. The method is intended to work with only one of the types of existing vehicles and to solve only one of the problems of detecting a vehicle.

В качестве прототипа выбран патент US 5444443 «Sound source determining system» (МПК G08G 1/01; Авторы: Umeda Misao, Ishikawa Keiichi; Патентообладатель: Ishikawa Manufacturing Co LTD [JP]; приоритетная заявка JP 19930223671 от 08.09.1993), в котором описывается работа системы, осуществляющей определение местоположения самолета на взлетной полосе в аэропорту. Прием сигнала осуществляют на не менее чем одну многоэлементную антенну - решетку микрофонов, с выходов которых сигнал подают на индивидуальные для каждого выбранного канала линии задержки, с перестраиваемым временем задержки, причем в каналах, соответствующих все более удаленным от середины приемной антенны микрофонам, осуществляют задержки сигнала на времена, кратные периоду, выделяемому селективными фильтрами, применяемыми при фильтрации принимаемого шума (…, -3τ, -2τ, -τ, 0, τ, 2τ, 3τ, …), где τ - период отфильтрованной спектральной компоненты. Затем производят суммирование всех сигналов с выходов линий задержки.US 5444443 “Sound source determining system” (IPC G08G 1/01; Authors: Umeda Misao, Ishikawa Keiichi; Patentee: Ishikawa Manufacturing Co LTD [JP]; Priority Application JP 19930223671 of 09.09.1993), in which describes the operation of the system for determining the location of the aircraft on the runway at the airport. Signal reception is carried out on at least one multi-element antenna — microphone array, from the outputs of which the signal is fed to delay lines that are individual for each selected channel, with a tunable delay time, and in the channels corresponding to microphones increasingly distant from the middle of the receiving antenna, signal delays by times that are multiples of the period allocated by the selective filters used to filter the received noise (..., -3τ, -2τ, -τ, 0, τ, 2τ, 3τ, ...), where τ is the period of the filtered spectral component Options. Then produce a summation of all signals from the outputs of the delay lines.

Суммарный сигнал подают на вход перестраиваемого (адаптивного) фильтра, центр полосы фильтра соответствует некоторой частоте (ƒ0=1/τ) в спектре сигнала (шума турбины самолета). Перестройку задержек в каждом приемном элементе антенны выполняют совместно с частотной перестройкой фильтра. Добиваются максимизации полного суммарного сигнала на выходе приемной антенны (выбранной спектральной компоненты), что отвечает некоторому угловому направлению, с которого приходит плоский фронт волны на выбранной частоте. Азимутальное направление на транспортное средство автоматически вычисляется по задержке в устройстве определения угла путем построения линии-радиуса, идущего от центра приемной антенны в сторону источника. Указанная линия дает направление на шумящее транспортное средство. При применении одновременно двух и более решеток микрофонов получают возможность вычислить положение шумящего транспортного средства.The total signal is fed to the input of a tunable (adaptive) filter, the center of the filter band corresponds to a certain frequency (ƒ 0 = 1 / τ) in the signal spectrum (aircraft turbine noise). The delay tuning in each receiving element of the antenna is performed in conjunction with the frequency tuning of the filter. They achieve maximization of the total total signal at the output of the receiving antenna (selected spectral component), which corresponds to a certain angular direction from which the plane wave front arrives at the selected frequency. The azimuthal direction to the vehicle is automatically calculated by the delay in the angle determination device by plotting the radius line from the center of the receiving antenna toward the source. The indicated line gives direction to a noisy vehicle. When using simultaneously two or more microphone arrays, they are able to calculate the position of a noisy vehicle.

Прототип направлен на решение очень узкой и специфической задачи - выявление локализации неподвижного транспортного средства - самолета с включенными турбинными двигателями, приземлившегося или готовящегося к взлету, на открытом пространстве поля аэропорта. Следует отметить, что турбины самолета являются источниками очень мощного воздушно-акустического некогерентного широкополосного шума. В прототипе приходится использовать громоздкую хорошо развитую приемную антенну (в прототипе порядка 15 м в длину, т.е. с широкой апертурой (много длин волн) и с очень плотным заполнением датчиками (шаг - меньше половины длины волны)).The prototype is aimed at solving a very narrow and specific problem - identifying the location of a stationary vehicle - an airplane with turbine engines turned on, landing or preparing to take off, in the open space of the airport field. It should be noted that aircraft turbines are sources of very powerful air-acoustic incoherent broadband noise. In the prototype, it is necessary to use a bulky well-developed receiving antenna (in the prototype about 15 m in length, i.e. with a wide aperture (many wavelengths) and with a very dense filling with sensors (step - less than half the wavelength)).

Каждый из датчиков должен обладать достаточно широкой рабочей частотной полосой в силу того, что шум предполагаемого источника не имеет спектральных компонент, излучение которых обладало бы взаимной пространственной когерентностью, способных интерферировать между собой и обеспечить в его угловом волновом спектре характерные для данного транспортного средства всплески, которые позволяли бы решать задачу обнаружения только за счет углового разрешения приемной антенны, описанную в прототипе, даже в условиях отсутствия на открытом поле аэродрома реверберации, даже при минимально возможном уровне помех (т.е. в отсутствие рядом других неподвижных самолетов с включенными турбинами либо взлетающих или идущих на посадку самолетов).Each of the sensors should have a sufficiently wide working frequency band due to the fact that the noise of the proposed source does not have spectral components whose radiation would have mutual spatial coherence, capable of interfering with each other and providing bursts characteristic of the vehicle in its angular wave spectrum, which would allow to solve the detection problem only due to the angular resolution of the receiving antenna described in the prototype, even in the absence of an open floor Reverb airport, even at the lowest possible noise level (ie in the absence of a number of other fixed aircraft turbines included or taking off or coming in to land planes).

Использование одной многоэлементной линейной решетки акустических датчиков позволяет определить азимутальное направление на транспортное средство, использование нескольких - определить координаты транспортного средства (выявить его локализацию). Если же помехи существенные, например реверберационные, то предлагаемый способ перестает быть эффективным, поскольку не позволяет ни разрешить два плотно стоящих рядом транспортных средства с работающими турбинами, ни выделить транспортное средство на фоне шума от другого близко движущегося аналогичного транспортного средства. Можно констатировать, что основная масса задач обнаружения отпадает в случае прототипа сама собой, поскольку является не решаемой в принципе в силу особенностей выбранного для обнаружения транспортного средства и условий наблюдения.The use of a single multi-element linear array of acoustic sensors allows you to determine the azimuthal direction to the vehicle, using several - to determine the coordinates of the vehicle (to identify its location). If the interference is significant, for example, reverberation, then the proposed method ceases to be effective, since it does not allow either to allow two vehicles standing close to each other with working turbines, or to isolate the vehicle against the background of noise from another closely moving similar vehicle. It can be stated that the bulk of the detection tasks disappears in the case of the prototype by itself, since it is not solvable in principle due to the features of the vehicle selected for detection and the observation conditions.

Таким образом, недостатками прототипа являются: сложность и громоздкость регистрирующей аппаратуры, низкая помехоустойчивость, возможность работать только с неподвижными транспортными средствами и решать только одну из задач обнаружения - локализации транспортного средства в пространстве.Thus, the disadvantages of the prototype are: the complexity and bulkiness of the recording equipment, low noise immunity, the ability to work only with stationary vehicles and solve only one of the detection tasks - localization of the vehicle in space.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание пассивного способа обнаружения транспортного средства по его собственному акустическому шуму, который позволял бы одновременно выявлять локализацию транспортного средства в пространстве, осуществлять его идентификацию, определять его скорость и направление движения.The problem to which the invention is directed is to create a passive method for detecting a vehicle by its own acoustic noise, which would simultaneously detect the vehicle's localization in space, carry out its identification, determine its speed and direction of movement.

Технический эффект достигается тем, что осуществляют регистрацию полезного сигнала, излучаемого в окружающую атмосферу транспортным средством, с помощью не менее чем одной приемной антенны, состоящей из размещенных в линию с постоянным шагом акустических датчиков, и определяют азимутальное направление на транспортное средство относительно центра приемной антенны.The technical effect is achieved by registering the useful signal emitted into the surrounding atmosphere by the vehicle using at least one receiving antenna, consisting of acoustic sensors placed in a line with a constant pitch, and determining the azimuthal direction to the vehicle relative to the center of the receiving antenna.

Новым, в случае реализации изобретения по п. 1 формулы, является то, что начинают осуществлять регистрацию полезного сигнала при условии превышения им порогового уровня акустического фона окружающего пространства в спокойную погоду Р=60 дБ, а при условии превышения уровнем полезного сигнала порогового уровня акустического фона на 6 дБ в течение длительности полной реализации сигнала 10-20 с синхронно принимают полезный сигнал на две приемные антенны, каждая из которых состоит из K≥16 акустических датчиков, размещенных в линию вдоль трассы движения на известном расстоянии Н от нее с шагом d не более 1/4 длины звуковой волны λ используемого приемными антеннами участка в среднечастотном звуковом диапазоне 50-1000 Гц, причем Kd>>λ, а расстояние L между центрами приемных антенн составляет 50-200 м, оцифровывают принятый сигнал от каждой приемной антенны с частотой дискретизации ƒi и размещают в памяти вычислительного устройства сигналы, принятые каждым k-м датчиком каждой приемной антенны, в виде k-го цифрового массива, для каждого датчика разбивают длительность полной реализации сигнала на N равных временных интервалов длительности τ, осуществляют идентификацию транспортного средства по наблюдаемому в его амплитудном спектре поведению максимумов в характерной для данного транспортного средства частотной полосе ΔF, создают два квадратурных канала по каждому k-му датчику каждой приемной антенны путем построения cos(2πƒjt) и sin(2πƒjt) БПФ-спектров сигнала на каждом n-м временном интервале и формируют добавки к фазе спектральных компонент сигнала для последующего сканирования по углу максимума главного лепестка характеристики направленности приемной антенны

Figure 00000001
, где
Figure 00000002
,
Figure 00000003
, ƒj(j→j+1) - шаг перестройки частоты, осуществляют перестройку в характерной для данного транспортного средства частотной полосе ΔF и в ней же производят обратное БПФ-преобразование для получения суммарного сигнала с выхода каждой из двух приемных антенн на n-м временном интервале. Для каждого n-го временного интервала по суммарному сигналу с выхода каждой из двух приемных антенн в полярных координатах строят веерные диаграммы, характеризующие азимутальное распределение максимумов модуля амплитудного отклика приемной антенны на собственный акустический шум транспортного средства, и убеждаются в наличии транспортного средства на трассе по присутствию в веерных диаграммах пиков с перепадом от максимума до ближайшего минимума не менее 15 дБ. Затем определяют азимутальное направление на транспортное средство относительно центра каждой приемной антенны в текущем n-м временном интервале как средневзвешенное значение углов максимальных пиков в веерной диаграмме. По знаку разности средневзвешенных значений углов максимальных пиков в веерной диаграмме для двух следующих друг за другом n-го и n+1-го временных интервалов любой из приемных антенн принимают решение о направлении движения транспортного средства по трассе, текущую координату xn транспортного средства на трассе определяют как точку пересечения линий
Figure 00000004
и
Figure 00000005
, идущих из центров приемных антенн по направлениям средневзвешенных значений углов максимальных пиков в веерных диаграммах обеих приемных антенн для n-го временного интервала, используя координаты транспортного средства в соседние n-й и n+1-й временные интервалы xn и xn+1 определяют скорость движения V=(xn+1 - xn)/τ.New, in the case of implementing the invention according to claim 1 of the formula, is that they begin to register a useful signal if it exceeds the threshold level of the acoustic background of the surrounding space in calm weather, P = 60 dB, and if the useful signal exceeds the threshold level of the acoustic background 6 dB during the duration of the full implementation of the signal 10-20 s synchronously receive a useful signal to two receiving antennas, each of which consists of K≥16 acoustic sensors placed in a line along the path izhnii at a known distance H from it with a step d of not more than 1/4 of the sound wavelength λ of the portion used by the receiving antennas in the mid-frequency sound range of 50-1000 Hz, with Kd >> λ, and the distance L between the centers of the receiving antennas is 50-200 m , digitize the received signal from each receive antenna at a sampling frequency ƒ i and placed in a computing device signals received by each k-th transducer of each receiving antenna, a k-th digital array for each sensor break duration full realization signal n N equal time intervals the duration τ, is carried out the identification of the vehicle from the observed in its amplitude spectrum behavior maxima characteristic of the vehicle ΔF frequency band, provide two quadrature channels for each k-th transducer of each receiving antenna by constructing cos (2πƒ j t) and sin (2πƒ j t) FFT spectrum signal at each n-th time slot and form a supplement to the spectral phase of the signal component to be scanned over the angle of the maximum main lobe characteristics receive antenna
Figure 00000001
where
Figure 00000002
,
Figure 00000003
, ƒ j (j → j + 1) is the frequency tuning step, tuning is performed in the frequency band ΔF characteristic of the vehicle and the inverse FFT conversion is performed in it to obtain the total signal from the output of each of the two receiving antennas on the nth time interval. For each n-th time interval, fan diagrams are constructed using the total signal from the output of each of the two receiving antennas in polar coordinates, characterizing the azimuthal distribution of the maxima of the amplitude modulus of the receiving antenna to the vehicle’s own acoustic noise, and make sure that the vehicle is present on the track by presence in fan diagrams of peaks with a difference from the maximum to the nearest minimum of at least 15 dB. Then, the azimuthal direction to the vehicle relative to the center of each receiving antenna in the current n-th time interval is determined as the weighted average of the angles of the maximum peaks in the fan diagram. According to the sign of the difference between the weighted average values of the angles of the maximum peaks in the fan diagram for two successive n-th and n + 1-th time intervals of any of the receiving antennas, they decide on the direction of the vehicle along the highway, the current coordinate x n of the vehicle on the highway defined as the point of intersection of lines
Figure 00000004
and
Figure 00000005
coming from the centers of the receiving antennas along the directions of the weighted average values of the angles of the maximum peaks in the fan diagrams of both receiving antennas for the n-th time interval, using the vehicle coordinates in the adjacent n-th and n + 1-th time intervals x n and x n + 1 determine the speed of movement V = (x n + 1 - x n ) / τ.

Новым, в случае реализации изобретения по п. 2 формулы является то, что начинают осуществлять регистрацию полезного сигнала при условии превышения им порогового уровня акустического фона окружающего пространства в спокойную погоду Р=60 дБ, а при условии превышения уровнем полезного сигнала порогового уровня акустического фона на 6 дБ в течение длительности полной реализации сигнала 10-20 с синхронно принимают полезный сигнал на две приемные антенны, каждая из которых состоит из K≥16 акустических датчиков, размещенных в линию вдоль трассы движения на известном расстоянии Н от нее с шагом d не более 1/4 длины звуковой волны λ используемого приемными антеннами участка в среднечастотном звуковом диапазоне 50-1000 Гц, причем расстояние L между центрами приемных антенн составляет 10-50 м, оцифровывают принятый сигнал от каждой приемной антенны с частотой дискретизации ƒi и размещают в памяти вычислительного устройства сигналы, зарегистрированные каждым k-м датчиком каждой приемной антенны, в виде k-го цифрового массива. Для каждого датчика разбивают длительность полной реализации сигнала на N равных временных интервалов длительности τ, осуществляют идентификацию транспортного средства по наблюдаемому в его амплитудном спектре поведению максимумов в характерной для данного транспортного средства частотной полосе ΔF, определяют направление движения транспортного средства и его местоположение относительно приемной антенны по знаку наклона зависимости времени задержки корреляционного максимума свертки массивов, соответствующих отдельным участкам полной реализации сигнала gkn=gkn(t), со все более разносимых пар датчиков в одной приемной антенне, и по динамике ее наклона при переходе от текущего n-го к последующему n+1-му временному интервалу, определяют азимутальное направление на транспортное средство относительно центра одной из приемных антенн как равное 90° и фиксируют местонахождение транспортного средства на траверзе данной приемной антенны в момент обращения в нуль угла наклона зависимости времени задержки корреляционного максимума свертки, берут автокорреляционную функцию суммарного массива данных с обеих приемных антенн с последующим суммированием по всем элементам каждой из приемных антенн и определяют скорость транспортного средства как отношение расстояния между центрами приемных антенн к интервалу времени между характерными максимумами в автокорреляционной функции.New in the case of implementing the invention according to claim 2 of the formula is that they begin to register a useful signal if it exceeds the threshold level of the acoustic background of the surrounding space in calm weather, P = 60 dB, and if the useful signal exceeds the threshold level of the acoustic background by 6 dB during the duration of the full implementation of the signal 10-20 s synchronously receive a useful signal to two receiving antennas, each of which consists of K≥16 acoustic sensors placed in a line along the path living at a known distance H from it with a step d of no more than 1/4 of the sound wavelength λ of the portion used by the receiving antennas in the mid-frequency sound range of 50-1000 Hz, and the distance L between the centers of the receiving antennas is 10-50 m, the received signal from each receive antenna with a sampling frequency ƒ i and place the signals recorded by each k-th sensor of each receive antenna in the form of the k-th digital array in the memory of the computing device. For each sensor, the duration of the full signal implementation is divided into N equal time intervals of duration τ, the vehicle is identified by the behavior of the maxima observed in its amplitude spectrum in the frequency band ΔF characteristic of the vehicle, the direction of the vehicle and its location relative to the receiving antenna are determined by the sign of the slope of the dependence of the delay time of the correlation maximum of convolution of arrays corresponding to individual sections olnoy implementation signal g kn = g kn (t) , with more wind- pairs of sensors in a single reception antenna, and the dynamics of its inclination on passing from the current n-th to the subsequent n + 1-th time slot is determined azimuthal direction of transport means relative to the center of one of the receiving antennas as equal to 90 ° and fix the location of the vehicle on the beam of the receiving antenna at the moment the angle of inclination of the dependence of the delay time of the correlation maximum convolution vanishes, take the autocorrelation function ummarnogo dataset both receive antennas with subsequent summation over all elements of each of the receiving antennas, and determines the vehicle speed as a ratio of the distance between the centers of the receiving antennas to a time interval between the characteristic peaks in the autocorrelation function.

Изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.

На фиг. 1 приведена схема проведения измерений: L - расстояние между центрами приемных антенн, Н - расстояние до трассы,

Figure 00000004
и
Figure 00000005
- линии, идущие из центров соответственно первой и второй приемных антенн по направлению к транспортному средству под азимутальными углами соответственно θ1n и θ2n в n-й интервал времени.In FIG. 1 shows the measurement scheme: L is the distance between the centers of the receiving antennas, N is the distance to the track,
Figure 00000004
and
Figure 00000005
- lines coming from the centers of the first and second receiving antennas, respectively, towards the vehicle at azimuthal angles θ 1n and θ 2n, respectively, in the n-th time interval.

Фиг. 2 иллюстрирует принятый в течение длительности полной реализации сигнала собственный акустический шум трамвайного вагона, превышающий уровень акустического фона более чем на 6 дБ. По оси абсцисс - время в секундах, по оси ординат - безразмерные единицы.FIG. 2 illustrates the intrinsic acoustic noise of a tram car adopted over the duration of the full implementation of the signal, exceeding the background sound level by more than 6 dB. The abscissa axis represents time in seconds, the ordinate axis represents dimensionless units.

На фиг. 3 приведены экспериментальные амплитудные спектры принятых в течение длительности полной реализации сигналов для трамвайного вагона (слева) и легкового автомобиля (справа). По оси абсцисс - частота в герцах, по оси ординат - безразмерные единицы.In FIG. Figure 3 shows the experimental amplitude spectra of signals received over the course of the full implementation of the signals for a tram car (left) and a passenger car (right). The abscissa is the frequency in hertz, the ordinate is the dimensionless unit.

На фиг. 4 приведены полученные экспериментально веерные диаграммы, иллюстрирующие азимутальное распределение максимумов модуля амплитудного отклика приемной антенны на собственный акустический шум трамвайного вагона, для разных временных промежутков: n=1, транспортное средство приближается к траверзу приемной антенны (случай а); n=4, момент прохождения транспортным средством траверза приемной антенны (случай б); n=6 (случай в), n=8 (случай г), транспортное средство удаляется от траверза приемной антенны. Стрелка указывает направление движения транспортного средства: движение вагона начинается при θ=180° и далее происходит по стрелке до θ=0°.In FIG. Figure 4 shows the experimentally obtained fan diagrams illustrating the azimuthal distribution of the maxima of the amplitude modulus of the receiving antenna to the acoustic noise of the tram car for different time periods: n = 1, the vehicle is approaching the beam of the receiving antenna (case a ); n = 4, the moment the vehicle passed the traverse of the receiving antenna (case b); n = 6 (case c), n = 8 (case d), the vehicle moves away from the traverse of the receiving antenna. The arrow indicates the direction of the vehicle: the car begins to move at θ = 180 ° and then follows the arrow to θ = 0 °.

На фиг. 5 приведены полученные по экспериментальным данным диаграммы в тех же полярных координатах, что и веерные диаграммы, в которых лепесток своим максимумом указывает азимутальное направление на транспортное средство для данного временного интервала, вычисленное по формуле для средневзвешенных значений углов: а - транспортное средство приближается к траверзу приемной антенны; б, в - момент прохождения транспортным средством траверза приемной антенны; г, д - транспортное средство удаляется от траверза приемной антенны.In FIG. Figure 5 shows the diagrams obtained from experimental data in the same polar coordinates as the fan diagrams, in which the petal maximum indicates the azimuthal direction to the vehicle for a given time interval, calculated by the formula for the weighted average values of the angles: a - the vehicle approaches the receiving beam antennas; b, c - the moment the vehicle passes the traverse of the receiving antenna; g, d - the vehicle moves away from the traverse of the receiving antenna.

Фиг. 6 иллюстрирует текущее расположение транспортного средства относительно приемных антенн.FIG. 6 illustrates the current position of the vehicle relative to the receiving antennas.

На фиг. 7 приведены некоторые из полученных по экспериментальным данным характерных зависимостей времени задержки корреляционных максимумов от номера пары датчиков для разных временных интервалов, n увеличивается сверху вниз, в случае рельсового транспорта (слева) и легкового автотранспорта (справа): транспортное средство приближается к траверзу приемной антенны слева направо (случаи а, б, в, г); n=4, момент прохождения транспортным средством траверза приемной антенны (случай д); транспортное средство удаляется от траверза приемной антенны (случаи е, ж).In FIG. Figure 7 shows some of the characteristic dependences of the delay time of correlation maxima obtained from experimental data on the number of sensors for different time intervals, n increases from top to bottom, in the case of rail transport (left) and passenger vehicles (right): the vehicle approaches the traverse of the receiving antenna on the left to the right (cases a , b, c, d); n = 4, the moment the vehicle traverses the receiving antenna (case d); the vehicle moves away from the traverse of the receiving antenna (cases e, g).

На фиг. 8 приведены некоторые из полученных по экспериментальным данным характерных зависимостей времени задержки корреляционных максимумов от номера пары датчиков для разных временных интервалов, n увеличивается сверху вниз, в случае легкового автотранспорта, движущегося справа налево: транспортное средство приближается к траверзу приемной антенны слева направо (случаи а, б); n=4, момент прохождения транспортным средством траверза приемной антенны (случай в); транспортное средство удаляется от траверза приемной антенны (случаи г, д, е).In FIG. Figure 8 shows some of the characteristic dependences of the delay time of the correlation maxima obtained from experimental data on the number of the pair of sensors for different time intervals, n increases from top to bottom, in the case of passenger cars moving from right to left: the vehicle approaches the traverse of the receiving antenna from left to right (cases a , b) n = 4, the moment the vehicle passes the traverse of the receiving antenna (case c); the vehicle moves away from the traverse of the receiving antenna (cases d, e, f).

На фиг. 9 приведен пример моделирования автокорреляционных функций для первых четырех датчиков обеих приемных антенн 1-1, 2-2, 3-3, 4-4. По оси абсцисс - время задержки в безразмерных единицах, по оси ординат - безразмерные единицы.In FIG. Figure 9 shows an example of modeling autocorrelation functions for the first four sensors of both receiving antennas 1-1, 2-2, 3-3, 4-4. The abscissa axis represents the delay time in dimensionless units, the ordinate axis represents dimensionless units.

Для обоих случаев реализации предлагаемого пассивного способа обнаружения транспортного средства по его собственному акустическому шуму схема измерений одинакова и осуществляется следующим образом.For both cases of the implementation of the proposed passive method for detecting a vehicle by its own acoustic noise, the measurement scheme is the same and is carried out as follows.

Параллельно трассе, по которой происходит движение транспорта, на известном расстоянии от нее Н (см. фиг. 1) размещают две приемные антенны, каждая из которых состоит из K≥16 акустических датчиков, размещенных в линию вдоль трассы движения с шагом d не более 1/4 длины звуковой волны λ используемого приемными антеннами участка в среднечастотном звуковом диапазоне 50-1000 Гц. Поскольку производимый транспортными средствами акустический шум характеризуется широкой частотной полосой, для измерений используют акустические датчики, рабочая полоса частот которых перекрывает среднечастотный звуковой диапазон. Центры обеих приемных антенн разнесены друг относительно друга на расстояние L.Two receiving antennas, each of which consists of K≥16 acoustic sensors placed in a line along the route with a step d of no more than 1, are placed parallel to the route along which the traffic is moving, at a known distance H from it (see Fig. 1) / 4 sound wavelength λ of the portion used by the receiving antennas in the mid-frequency sound range of 50-1000 Hz. Since the acoustic noise produced by vehicles is characterized by a wide frequency band, acoustic sensors are used for measurements, the working frequency band of which covers the mid-frequency sound range. The centers of both receiving antennas are spaced relative to each other by a distance L.

Регистрацию полезного сигнала обеими приемными антеннами начинают при условии превышения им порогового уровня акустического фона окружающего пространства в спокойную погоду Р=60 дБ. Принимать полезный сигнал для его последующей обработки начинают, когда полезный сигнал на обеих приемных антеннах превысит уровень порогового акустического фона не менее чем на 6 дБ. Полезный сигнал принимают обеими приемными антеннами синхронно в течение промежутка времени 10-20 с, называемого длительностью полной реализации сигнала, при условии, что в этот промежуток времени уровень сигнала продолжает превышать пороговый уровень акустического фона не менее чем на 6 дБ (см. фиг. 2). Затем оцифровывают принятые сигналы от каждой приемной антенны с некоторой частотой дискретизации при оцифровке ƒj и размещают в памяти вычислительного устройства сигнал, зарегистрированный каждым k-м акустическим датчиком приемной антенны, в виде цифрового массива (каждому датчику соответствует свой k-й массив). После этого для каждого акустического датчика разбивают длительность полной реализации сигнала на N временных интервалов равной длительности τ=1-2 с, с тем чтобы далее иметь возможность анализировать характер изменения во времени параметров принимаемого полезного сигнала. На каждом k-м акустическом датчике имеются участки полной реализаций сигнала gkn=gkn(t) при n⋅τ≤t≤(n+1)⋅τ, которые являются реализациями сигнала на n-м временном интервале.The registration of the useful signal by both receiving antennas begins if it exceeds the threshold level of the acoustic background of the surrounding space in calm weather, P = 60 dB. Reception of a useful signal for its subsequent processing begins when the useful signal at both receiving antennas exceeds the threshold acoustic background level by at least 6 dB. The useful signal is received by both receiving antennas synchronously for a period of 10-20 s, called the duration of the full implementation of the signal, provided that during this period of time the signal level continues to exceed the threshold level of the acoustic background by at least 6 dB (see Fig. 2 ) Then, the received signals from each receiving antenna are digitized with a certain sampling frequency when digitizing ƒ j and the signal recorded by each k-th acoustic sensor of the receiving antenna is placed in the memory of the computing device as a digital array (each sensor has its own k-th array). After that, for each acoustic sensor, the duration of the full implementation of the signal is divided into N time intervals of equal duration τ = 1-2 s, in order to further be able to analyze the nature of the change in time of the parameters of the received useful signal. On each k-th acoustic sensor there are sections of the full signal realizations g kn = g kn (t) for n⋅τ≤t≤ (n + 1) ⋅τ, which are realizations of the signal in the nth time interval.

На всех приведенных далее в качестве примера фигурах количество временных интервалов N=10, частота дискретизации ƒj=1 Гц, количество акустических датчиков в каждой приемной антенне K=32 и размещены они с шагом d=0,1 м, что не исключает в общем случае реализации способа других значений упомянутых параметров.In all the figures given below as an example, the number of time intervals N = 10, the sampling frequency ƒ j = 1 Hz, the number of acoustic sensors in each receiving antenna K = 32, and they are placed with a step d = 0.1 m, which does not exclude the general case of implementing the method of other values of the mentioned parameters.

Затем осуществляют идентификацию транспортного средства по наблюдаемому в его амплитудном спектре поведению максимумов амплитудного спектра в определенной частотной полосе ΔF.Then, the vehicle is identified by the behavior of the maximums of the amplitude spectrum observed in its amplitude spectrum in a certain frequency band ΔF.

Известно, что разные виды транспортных средств обладают характерными только для них спектральными «портретами». В некоторых способах идентификации транспортных средств их так и узнают по характерным «картинкам». Для примера на фиг. 3 приведены амплитудные спектры для трамвая (сплошной) и легкового автомобиля (дискретный). Но главной отличительной особенностью каждого вида транспортного средства, как выяснили авторы изобретения в результате исследований, является наличие индивидуальных для данного транспортного средства максимумов в амплитудном спектре принятого сигнала в характерной частотной полосе ΔF, лежащей в среднечастотном диапазоне. Наличие таких максимумов обусловлено тем, что в отличие от источника шума в прототипе, у которого шумовое излучение во всей широкой полосе расфазировано по волновому фронту, у рассматриваемых транспортных средств в обозначенном частотном интервале на масштабе порядка апертуры приемной антенны определенные компоненты акустического шума, имеющие в области локализации транспортного средства значительную амплитуду, сохраняют пространственное распределение фазы по фронту, и при распространении эти акустические волны интерферируют, что и проявляется характерными только данному транспортному средству «всплесками» в амплитудном спектре. Иными словами, собственный акустический шум рассматриваемых транспортных средств является частично когерентным, и для каждого конкретного транспортного средства он является частично когерентным по-своему в зависимости от вида транспортного средства. Разумеется, для осуществления идентификации в памяти вычислительного устройства хранят некоторую наработанную «базу» признаков, характерных для различных транспортных средств.It is known that different types of vehicles possess spectral "portraits" characteristic of them only. In some methods of identifying vehicles, they are recognized by their characteristic “pictures”. For the example of FIG. Figure 3 shows the amplitude spectra for a tram (solid) and a passenger car (discrete). But the main distinguishing feature of each type of vehicle, as the authors of the invention found out as a result of research, is the presence of individual maxima for a given vehicle in the amplitude spectrum of the received signal in the characteristic frequency band ΔF lying in the mid-frequency range. The presence of such maxima is due to the fact that, unlike the noise source in the prototype, in which the noise radiation in the entire wide band is out of phase along the wavefront, the considered vehicles in the designated frequency interval on a scale of the order of the aperture of the receiving antenna have certain components of acoustic noise having in the region the vehicle’s localization is of significant amplitude, they retain the spatial distribution of the phase along the front, and during propagation these acoustic waves interfere, which and manifests itself characteristic of only this vehicle “bursts” in the amplitude spectrum. In other words, the intrinsic acoustic noise of the vehicles in question is partially coherent, and for each particular vehicle it is partially coherent in its own way depending on the type of vehicle. Of course, to carry out the identification, a certain “base” of features characteristic of various vehicles is stored in the memory of the computing device.

Далее операции осуществления способа по пп. 1 и 2 формулы начинают различаться.Next, the operation of the method according to PP. Formulas 1 and 2 begin to differ.

Для реализации изобретения по п. 1 формулы создают два квадратурных канала по каждому k-му акустическому датчику каждой приемной антенны путем построения cos(2πƒjt) и sin(2πƒjt) БПФ-спектров сигнала на каждом n-м временном интервале, т.е. строят cos и sin Фурье-спектры каждого из n отдельных участков полной реализации сигнала gkn=gkn(t):To implement the invention according to claim 1, formulas create two quadrature channels for each k-th acoustic sensor of each receiving antenna by constructing cos (2πƒ j t) and sin (2πƒ j t) FFT spectra of the signal at each n-th time interval, t .e. build cos and sin Fourier spectra of each of n separate sections of the complete signal realization g kn = g kn (t):

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

при этом для каждого k, n и ƒ имеют место свои фаза

Figure 00000008
и модуль -
Figure 00000009
.in addition, for each k, n and ƒ, their phases
Figure 00000008
and module -
Figure 00000009
.

Затем формируют добавки к фазе спектральных компонент сигнала для последующего сканирования по углу максимума главного лепестка характеристики направленности приемной антенны.Then, additives are added to the phase of the spectral components of the signal for subsequent scanning along the maximum angle of the main lobe of the directivity of the receiving antenna.

Для этого вводят новую дискретную переменную

Figure 00000010
и соответствующую ей переменную величину - угол сканирования
Figure 00000002
. Формирование сканированной (веерной) диаграммы направленности осуществляют на основе введения дополнительного набега фазы сигнала. С учетом дополнительно введенной переменной
Figure 00000011
, массив значений которой составляет
Figure 00000012
, теперь имеем четыре переменные
Figure 00000011
, k, n, ƒ, где
Figure 00000013
, k=1…K, n=1…N и ƒi - шаг перестройки от минимальной до максимальной частоты в характерной для данного вида транспортного средства частотной полосе ΔF (перестройку частоты осуществляют с тем же шагом, с которым осуществляли дискретизацию принимаемого сигнала). Дополнительный набег фазы определяется выражением:To do this, introduce a new discrete variable
Figure 00000010
and its corresponding variable - scan angle
Figure 00000002
. The formation of a scanned (fan) radiation pattern is carried out on the basis of the introduction of an additional phase incursion of the signal. Given the additionally entered variable
Figure 00000011
whose array of values is
Figure 00000012
, now we have four variables
Figure 00000011
, k, n, ƒ, where
Figure 00000013
, k = 1 ... K, n = 1 ... N and ƒ i is the tuning step from minimum to maximum frequency in the frequency band ΔF characteristic of a given type of vehicle (frequency tuning is performed with the same step with which the received signal was sampled). The additional phase incursion is determined by the expression:

Figure 00000014
,
Figure 00000014
,

где фигурирующая численная константа 2πd/сзвук имеет размерность единицы времени (при шаге приемной антенны d=0,1 м она составляет 0,001848 с).where the figured numerical constant 2πd / s, the sound has the dimension of a unit of time (at a step of the receiving antenna d = 0.1 m, it is 0.001848 s).

При каждом дискретном значении ƒj строят новый комплексный спектр:For each discrete value ƒ j, a new complex spectrum is constructed:

Figure 00000015
Figure 00000015

Далее выполняют суммирование вновь образованных спектральных компонент по всем акустическим датчикам каждой приемной антенны k=1…K с учетом фазовых добавок:Next, a summation of the newly formed spectral components is performed for all acoustic sensors of each receiving antenna k = 1 ... K, taking into account phase additions:

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Затем осуществляют воспроизведение сигнала путем обратного Фурье-преобразования спектральных компонент (интервал значений j) в интересующей нас частотной полосе ΔF от ƒmin до ƒmax, характерной для данного вида транспортного средства, и получение на этой основе суммарного амплитудного отклика на выходе приемной антенны на n-м интервале времени:Then, the signal is reproduced by the inverse Fourier transform of the spectral components (the interval of values of j) in the frequency band ΔF from ƒ min to ƒ max of interest to us, which is typical for this type of vehicle, and obtaining on this basis the total amplitude response at the output of the receiving antenna to n th time interval:

Figure 00000018
Figure 00000018

Для каждого n-го временного интервала по суммарному амплитудному отклику на выходе каждой из двух приемных антенн строят веерные диаграммы в полярных координатах. Для этого осуществляют вычисление максимальных значений модулей амплитудного отклика на выходе приемной антенны на n-м интервале времени при пошаговой перестройке фазы следующим образом. Для каждого n-го временного интервала для каждой из приемных антенн за счет перехода

Figure 00000019
и добавления
Figure 00000020
в фазу
Figure 00000021
выполняют смену угла сканирования и на основе перебора всех направлений
Figure 00000022
,
Figure 00000002
создают набор откликов
Figure 00000023
, соответствующий всем углам азимута. Для каждого
Figure 00000024
берут максимум модуля
Figure 00000025
, достигаемый при каком-то t. Строят веерную диаграмму, т.е. зависимость
Figure 00000026
от
Figure 00000024
, т.е. от
Figure 00000027
для
Figure 00000026
. В следующий n+1 временной интервал, сдвинутый на τ относительно n-го, получим
Figure 00000028
и, соответственно
Figure 00000029
, и т.д. Для каждого временного интервала n и соответственно каждого значения
Figure 00000030
на данном временном интервале находят максимум модуля амплитудного отклика, который откладывают на веерной диаграмме вдоль по радиусу. Таким образом, на основе формирования фазовых добавок для каждого временного интервала n строят две веерные диаграммы - визуализируют результат сканирования главного лепестка характеристики направленности каждой из приемных антенн.For each n-th time interval, fan diagrams in polar coordinates are constructed at the output of each of the two receiving antennas using the total amplitude response. To do this, calculate the maximum values of the modules of the amplitude response at the output of the receiving antenna at the nth time interval during step-by-step phase restructuring as follows. For each n-th time interval for each of the receiving antennas due to the transition
Figure 00000019
and additions
Figure 00000020
in phase
Figure 00000021
carry out a change in the scanning angle and based on enumeration of all directions
Figure 00000022
,
Figure 00000002
create a set of responses
Figure 00000023
corresponding to all azimuth angles. For everybody
Figure 00000024
take the maximum module
Figure 00000025
achieved at some t. Build a fan diagram, i.e. dependence
Figure 00000026
from
Figure 00000024
, i.e. from
Figure 00000027
for
Figure 00000026
. In the next n + 1 time interval shifted by τ relative to the nth, we obtain
Figure 00000028
and correspondingly
Figure 00000029
, etc. For each time interval n and, accordingly, each value
Figure 00000030
in this time interval, the maximum modulus of the amplitude response is found, which is laid on the fan diagram along the radius. Thus, based on the formation of phase additives for each time interval n, two fan diagrams are constructed — the result of scanning the main lobe of the directivity characteristics of each of the receiving antennas is visualized.

Интерферирующие компоненты акустического сигнала, принимаемого антенной, состоящей из множества акустических датчиков, проявляются на веерных диаграммах как периодическая модуляция уровня модуля амплитудного отклика - на веерных диаграммах формируются характерные пики (см. фиг. 4).The interfering components of the acoustic signal received by the antenna, consisting of many acoustic sensors, appear on the fan diagrams as periodic modulation of the level of the amplitude response module - characteristic peaks form on the fan diagrams (see Fig. 4).

Совокупность резких выбросов на веерной диаграмме, если провалы от минимального до максимального их значения достигают 15 дБ и выше, служит подтверждением наличия транспортного средства на трассе. Именно то, что обратное БПФ-преобразование производят в характерной частотной полосе, в которой для данного вида транспортного средства присутствуют области частичной когерентности принимаемого сигнала, обуславливает наличие таких резких перепадов в веерной диаграмме.The set of sharp emissions on the fan diagram, if the dips from minimum to maximum values reach 15 dB or higher, serves as confirmation of the presence of a vehicle on the highway. It is the fact that the inverse FFT conversion is performed in a characteristic frequency band in which for a given type of vehicle there are regions of partial coherence of the received signal, which determines the presence of such sharp drops in the fan diagram.

При наличии на веерной диаграмме одного или нескольких выделенных по амплитуде пиков указанного вида азимутальное направление на транспортное средство относительно центра каждой приемной антенны для текущего n-го временного интервала вычисляется как средневзвешенное значение углов максимальных пиков в веерной диаграмме по формуле:If there is one or more peaks of the indicated type selected in amplitude on the fan diagram, the azimuthal direction to the vehicle relative to the center of each receiving antenna for the current n-th time interval is calculated as the weighted average of the angles of the maximum peaks in the fan diagram according to the formula:

Figure 00000031
,
Figure 00000031
,

где 1≤m≤М, М~3…5, Am - относительный вес каждого из максимальных (от двух до пяти) пиков в угловом распределении,

Figure 00000032
- азимутальный угол, соответствующий максимуму m-го пика на веерной диаграмме n-го временного интервала.where 1≤m≤M, M ~ 3 ... 5, A m is the relative weight of each of the maximum (two to five) peaks in the angular distribution,
Figure 00000032
- azimuthal angle corresponding to the maximum of the mth peak in the fan diagram of the n-th time interval.

На фиг. 5 продемонстрированы диаграммы в полярных координатах, на каждой из которых обозначено азимутальное направление на транспортное средство для данного временного интервала, вычисленное по формуле для средневзвешенных значений углов.In FIG. Figure 5 shows diagrams in polar coordinates, each of which indicates the azimuthal direction to the vehicle for a given time interval, calculated by the formula for the weighted average angles.

По двум веерным диаграммам, построенным для двух следующих друг за другом временных интервалов n-го и n+1-го находят средневзвешенные значения углов максимальных пиков в обеих веерных диаграммах и по знаку их разности определяют направление движения транспортного средства. В зависимости от того

Figure 00000033
, либо наоборот
Figure 00000034
- принимается решение о направлении движения объекта справа налево или слева направо соответственно.Using two fan diagrams constructed for two successive time intervals n-th and n + 1-th, weighted average values of the angles of the maximum peaks in both fan diagrams are found and the direction of movement of the vehicle is determined by the sign of their difference. Whichever
Figure 00000033
or vice versa
Figure 00000034
- a decision is made on the direction of movement of the object from right to left or from left to right, respectively.

По веерным диаграммам, построенным для n-го интервала времени, для обеих приемных антенн определяют средневзвешенные значения углов максимальных пиков в обеих веерных диаграммах, дающие текущее азимутальное направление на транспортное средство относительно центра каждой приемной антенны. Точка пересечения линий

Figure 00000035
и
Figure 00000036
, идущих из центров приемных антенн под указанными азимутальными углами, дает текущую координату xn транспортного средства на трассе для n-го интервала времени. Эту координату в выбранной системе отсчета всегда можно рассчитать. Так, для приведенного на фиг. 6 примера расположения транспортного средства относительно центров первой и второй приемных антенн, лежащих вдоль оси х с произвольно выбранной начальной точкой отсчета, с координатами в данной системе отсчета x1 и х2, рассчитать текущую координату транспортного средства можно с помощью следующих выкладок:Using the fan diagrams constructed for the nth time interval, for both receiving antennas, the weighted average values of the angles of the maximum peaks in both fan diagrams are determined, giving the current azimuthal direction to the vehicle relative to the center of each receiving antenna. Line crossing point
Figure 00000035
and
Figure 00000036
going from the centers of the receiving antennas at the indicated azimuthal angles gives the current coordinate x n of the vehicle on the track for the nth time interval. This coordinate in the selected reference system can always be calculated. So, for the one shown in FIG. 6 an example of the location of the vehicle relative to the centers of the first and second receiving antennas lying along the x axis with an arbitrarily selected starting point of reference, with coordinates in this reference system x 1 and x 2 , you can calculate the current coordinate of the vehicle using the following calculations:

Figure 00000037
.
Figure 00000037
.

х12-2х=-H(ctgθ1+ctgθ2),x 1 + x 2 -2x = -H (ctgθ 1 + ctgθ 2 ),

Figure 00000038
.
Figure 00000038
.

Используя данные о местоположениях объекта xn и xn+1 в соседние n-й и n+1-й интервалы времени, определяют скорость движения V=(xn+1-xn)/τ, где τ - длительность одного временного интервала, совокупность которых составляет длительность полной реализации сигнала Т=N⋅τ.Using data on the location of the object x n and x n + 1 in the adjacent n-th and n + 1-th time intervals, determine the speed V = (x n + 1- x n ) / τ, where τ is the duration of one time interval , the totality of which is the duration of the full implementation of the signal T = N⋅τ.

Следует отметить, что реализация изобретения по п. 1 формулы имеет определенную специфику. Во-первых, поскольку вычислительная обработка в этом варианте реализации способа занимает значительное количество времени, необходимо разнести приемные антенны на существенное расстояние друг от друга L=50-200 м, чтобы гарантировать возможность осуществления необходимых вычислений за время проезда транспортного средства от одной приемной антенны до другой. Кроме того, должно выполняться соотношение Kd>>λ - каждая приемная антенна должна быть хорошо развитой, это условие накладывается для того, чтобы минимизировать паразитное влияние уровня боковых лепестков в характеристике направленности приемной антенны по сравнению с главным лепестком и снизить отрицательное влияние эффектов «изрезанности» диаграммы направленности. И, наконец, чтобы гарантированно разрешить отдельное транспортное средство при достаточно интенсивном движении транспорта по трассе, необходимо исключить попадание в пределы главного лепестка характеристики направленности приемной антенны более чем одного объекта. Для этого должно быть соблюдено условие

Figure 00000039
, где D - дистанция между транспортными средствами на трассе. Но, с другой стороны, можно упомянуть, что и никакие другие из существующих способов обнаружения транспортных средств при достаточно плотном потоке движения транспорта по трассе тоже не работают.It should be noted that the implementation of the invention according to claim 1 of the formula has certain specifics. Firstly, since the computational processing in this embodiment of the method takes a considerable amount of time, it is necessary to separate the receiving antennas at a significant distance from each other L = 50-200 m in order to guarantee the possibility of performing the necessary calculations during the travel time of the vehicle from one receiving antenna to other. In addition, the relation Kd >> λ must be satisfied - each receiving antenna must be well developed, this condition is imposed in order to minimize the parasitic effect of the level of the side lobes in the directivity of the receiving antenna compared to the main lobe and to reduce the negative effect of the “ruggedness” effects radiation patterns. And finally, in order to guarantee a separate vehicle with a fairly intense traffic on the highway, it is necessary to exclude the directivity of the receiving antenna of more than one object within the main lobe. For this, the condition must be met
Figure 00000039
, where D is the distance between vehicles on the highway. But, on the other hand, we can mention that none of the other existing methods of detecting vehicles with a fairly dense traffic flow on the highway also does not work.

Для реализации способа по п. 2 после приема, оцифровки полезного сигнала и идентификации транспортного средства осуществляют следующие операции.To implement the method according to claim 2, after receiving, digitizing a useful signal and identifying a vehicle, the following operations are carried out.

Для n-го временного интервала вычисляют взаимно корреляционную функцию отдельных участков полной реализации сигнала gkn=gkn(t), зарегистрированных акустическими датчиками одной приемной антенны на данном временном интервале n⋅τ≤t≤(n+1)⋅τ, путем свертки соответствующих этим участкам полной реализации сигнала массивов с выхода акустических датчиков, все более разносимых по апертуре приемной антенны. Опорным является первый (крайний левый) датчик в приемной антенне, и последовательно осуществляют свертку массивов, соответствующих всем датчикам в приемной антенне, взятым попарно с опорным следующим образом: 1-1, 1-2, … 1-k, … 1-K.For the n-th time interval, the cross-correlation function of the individual sections of the complete signal realization g kn = g kn (t) recorded by the acoustic sensors of one receiving antenna at a given time interval n⋅τ≤t≤ (n + 1) ⋅τ is calculated by convolution corresponding to these sections of the full implementation of the signal arrays from the output of the acoustic sensors, more and more distributed along the aperture of the receiving antenna. The reference is the first (far left) sensor in the receiving antenna, and the arrays corresponding to all sensors in the receiving antenna, taken in pairs with the reference, are sequentially convolved as follows: 1-1, 1-2, ... 1-k, ... 1-K.

Figure 00000040
для k=1…K и для (n-1)τ≤t≤(n+1)τ
Figure 00000040
for k = 1 ... K and for (n-1) τ≤t≤ (n + 1) τ

Затем для всех временных интервалов строят графики зависимости τn(k) задержки корреляционного максимума свертки для всех перебираемых пар датчиков в апертуре приемной антенны для каждого временного интервала (см. фиг. 7 и фиг. 8).Then, for all time intervals, graphs of the dependence of τ n (k) of the convolution correlation maximum delay are plotted for all pairs of sensors searched in the aperture of the receive antenna for each time interval (see Fig. 7 and Fig. 8).

Направление движения транспортного средства (слева направо или справа налево) и его местоположение относительно приемной антенны (текущее положение источника шума слева или справа от ее точки траверза) определяют по знаку наклона зависимости времени задержки корреляционного максимума свертки (∂τn/∂k>0 либо ∂τn/∂k<0) и по динамике ее наклона при переходе от текущего n-го к последующему n+1-му временному интервалу (см. Таблицу 1).The direction of movement of the vehicle (from left to right or from right to left) and its location relative to the receiving antenna (the current position of the noise source to the left or right of its traverse point) is determined by the sign of the slope of the dependence of the delay time of the correlation maximum of convolution (∂τ n / ∂k> 0 or ∂τ n / ∂k <0) and the dynamics of its slope during the transition from the current n-th to the next n + 1-th time interval (see Table 1).

Figure 00000041
Figure 00000041

При обращении в нуль угла наклона зависимости времени задержки корреляционного максимума свертки

Figure 00000042
одной из приемных антенн определяют азимутальное направление на транспортное средство как равное 90 градусам относительно центра данной приемной антенны и местонахождение транспортного средства на траверзе данной приемной антенны (т.е. текущая координата транспортного средства на оси х соответствует координате центра данной приемной антенны в выбранной системе отсчета).When the angle of inclination vanishes, the dependence of the delay time of the correlation maximum of convolution
Figure 00000042
one of the receiving antennas determine the azimuthal direction to the vehicle as equal to 90 degrees relative to the center of the given receiving antenna and the location of the vehicle on the beam of the given receiving antenna (i.e., the current coordinate of the vehicle on the x axis corresponds to the coordinate of the center of this receiving antenna in the selected reference system )

Берут автокорреляционную функцию суммарного массива данных с обеих приемных антенн с последующим суммированием по всем элементам каждой из приемных антенн и определяют скорость транспортного средства как отношение расстояния между центрами приемных антенн к интервалу времени между характерными максимумами в автокорреляционной функции.The autocorrelation function of the total data array from both receiving antennas is taken, followed by summing over all elements of each of the receiving antennas and the vehicle speed is determined as the ratio of the distance between the centers of the receiving antennas to the time interval between the characteristic maxima in the autocorrelation function.

Для этого создают массив Gk,n(t)=g1,kn(t)+g2,kn(t) суммы отдельных участков полной реализации сигнала gkn=gkn(t) при n⋅τ≤t≤(n+1)⋅τ с обеих приемных антенн. Берут автокорреляционную функцию этого массиваTo do this, create an array G k, n (t) = g 1, kn (t) + g 2, kn (t) the sum of the individual sections of the full implementation of the signal g kn = g kn (t) for n⋅τ≤t≤ (n +1) ⋅τ from both receiving antennas. Take the autocorrelation function of this array

Figure 00000043
Figure 00000043

для каждого акустического датчика k=1…K обеих приемных антенн и для временного интервала (n-1)τ≤t≤(n+1)τ.for each acoustic sensor k = 1 ... K of both receiving antennas and for the time interval (n-1) τ≤t≤ (n + 1) τ.

Далее, чтобы повысить отношение сигнал/фон, функции Kk,n(t) суммируют по всем датчикам к обеих приемных антенн:

Figure 00000044
.Further, in order to increase the signal / background ratio, the functions K k, n (t) are summed over all sensors to both receiving antennas:
Figure 00000044
.

Автокорреляционный отклик

Figure 00000045
на n-м временном интервале будет содержать три характерных максимума (см. пример на фиг. 9), любые два соседних из которых разделены во времени на Т=L/V, где L - расстояние между центрами приемных антенн, а V - скорость транспортного средства на трассе. Отсюда, соответственно, вычисляется скорость транспортного средства.Autocorrelation response
Figure 00000045
in the nth time interval it will contain three characteristic maxima (see the example in Fig. 9), any two of which are adjacent in time divided by T = L / V, where L is the distance between the centers of the receiving antennas, and V is the transport speed funds on the track. From here, respectively, the speed of the vehicle is calculated.

Этот вариант реализации способа на основе корреляционного подхода имеет преимущество по отношению к варианту реализации по п. 1 формулы тем, что на возможность его реализации накладываются значительно более мягкие ограничения за счет того, что вычислительные операции производят значительно быстрее по времени, поэтому для пространственного разрешения транспортных средств в потоке достаточно разнесения приемных антенн на расстояние, равное 2-3 линейным размерам самого транспортного средства. В нашем варианте способа по п. 2 расстояние L между центрами приемных антенн составляет 10-50 м. К характеристикам самой приемной антенны тоже не предъявляется таких жестких требований, как в случае способа по п. 1 формулы.This embodiment of the method based on the correlation approach has an advantage over the implementation option according to claim 1 of the formula in that much milder restrictions are imposed on the possibility of its implementation due to the fact that the computational operations are much faster in time, therefore, for spatial resolution of transport means in the stream is enough diversity of receiving antennas at a distance equal to 2-3 linear dimensions of the vehicle itself. In our version of the method according to claim 2, the distance L between the centers of the receiving antennas is 10-50 m. To the characteristics of the receiving antenna itself, there are also no such stringent requirements as in the case of the method according to claim 1 of the formula.

В итоге, и в реализации изобретения по п. 1 и в реализации изобретения по п. 2 осуществляется пассивное обнаружение транспортного средства по его собственному акустическому шуму, в том числе вне зависимости от погодных условий и времени суток осуществляется идентификация транспортного средства, определяются направление его движения и скорость, выявляется его локализация.As a result, both in the implementation of the invention according to claim 1 and in the implementation of the invention according to claim 2, the vehicle is passively detected by its own acoustic noise, including regardless of weather conditions and time of day, the vehicle is identified, its direction of movement is determined and speed, its localization comes to light.

Реализация изобретения по п. 1 формулы позволяет выявлять локализацию транспортного средства в пространстве, т.е. определять азимутальное направление на транспортное средство и его координаты, практически в любой момент времени с момента начала приема полезного сигнала приемными антеннами, однако ввиду того, что вычислительная обработка принимаемого сигнала занимает значительное количество времени, определять скорость транспортного средства в данном варианте реализации способа удается только в апостериорном режиме (с отсрочкой по времени), кроме того, необходимо разнести приемные антенны на существенное расстояние друг от друга, чтобы гарантировать возможность осуществить необходимые вычисления за время проезда транспортного средства от одной приемной антенны до другой.The implementation of the invention according to claim 1 of the formula allows to identify the localization of the vehicle in space, i.e. to determine the azimuthal direction to the vehicle and its coordinates, almost at any time from the moment the reception of the useful signal by the receiving antennas begins, however, since the processing of the received signal takes a considerable amount of time, it is possible to determine the speed of the vehicle in this embodiment only a posterior mode (with a delay in time), in addition, it is necessary to separate the receiving antennas at a significant distance from each other to guarantee To make it possible to carry out the necessary calculations during the passage of a vehicle from one receiving antenna to another.

Реализация изобретения по п. 2 формулы позволяет фиксировать местоположение транспортного средства только в моменты прохождения им траверзов одной и другой приемных антенн, т.е. выявлять его локализацию с ограничениями, но позволяет очень быстро вычислять его скорость, и для осуществления данного варианта реализации способа достаточно разнести приемные антенны на расстояние, сравнимое с линейными размерами самого транспортного средства. Таким образом, оба варианта реализации изобретения выполняют поставленную задачу, но, в зависимости от условий наблюдения и приоритетности отдельных из задач обнаружения, можно пользоваться либо тем, либо другим.The implementation of the invention according to claim 2 of the formula allows you to fix the location of the vehicle only at the moments when it traverses one and the other receiving antennas, i.e. to identify its localization with limitations, but it allows you to quickly calculate its speed, and for the implementation of this variant of the method, it is enough to separate the receiving antennas at a distance comparable to the linear dimensions of the vehicle itself. Thus, both embodiments of the invention fulfill the task, but, depending on the observation conditions and the priority of individual detection tasks, you can use either one or the other.

Claims (2)

1. Пассивный способ обнаружения транспортного средства по его собственному акустическому шуму, в котором осуществляют регистрацию полезного сигнала, излучаемого в окружающую атмосферу транспортным средством, с помощью не менее чем одной приемной антенны, состоящей из размещенных в линию с постоянным шагом акустических датчиков, и определяют азимутальное направление на транспортное средство относительно центра приемной антенны, отличающийся тем, что начинают осуществлять регистрацию полезного сигнала при условии превышения им порогового уровня акустического фона окружающего пространства в спокойную погоду Р=60 дБ, а при условии превышения уровнем полезного сигнала порогового уровня акустического фона на 6 дБ в течение длительности полной реализации сигнала 10-20 с синхронно принимают полезный сигнал на две приемные антенны, каждая из которых состоит из K≥16 акустических датчиков, размещенных в линию вдоль трассы движения на известном расстоянии Н от нее с шагом d не более 1/4 длины звуковой волны λ используемого приемными антеннами участка в среднечастотном звуковом диапазоне 50-1000 Гц, причем Kd>>λ, а расстояние L между центрами приемных антенн составляет 50-200 м, оцифровывают принятый сигнал от каждой приемной антенны с частотой дискретизации
Figure 00000046
и размещают в памяти вычислительного устройства сигналы, принятые каждым k-м датчиком каждой приемной антенны, в виде k-го цифрового массива, для каждого датчика разбивают длительность полной реализации сигнала на N равных временных интервалов длительности τ, осуществляют идентификацию транспортного средства по наблюдаемому в его амплитудном спектре поведению максимумов в характерной для данного транспортного средства частотной полосе ΔF, создают два квадратурных канала по каждому k-му датчику каждой приемной антенны путем построения
Figure 00000047
и
Figure 00000048
БПФ-спектров сигнала на каждом n-м временном интервале и формируют добавки к фазе спектральных компонент сигнала для последующего сканирования по углу максимума главного лепестка характеристики направленности приемной антенны
Figure 00000049
, где
Figure 00000050
,
Figure 00000051
,
Figure 00000052
- шаг перестройки частоты, осуществляют перестройку в характерной для данного транспортного средства частотной полосе ΔF, и в ней же производят обратное БПФ-преобразование для получения суммарного сигнала с выхода каждой из двух приемных антенн на n-м временном интервале, для каждого n-го временного интервала по суммарному сигналу с выхода каждой из двух приемных антенн в полярных координатах строят веерные диаграммы, характеризующие азимутальное распределение максимумов модуля амплитудного отклика приемной антенны на собственный акустический шум транспортного средства, и убеждаются в наличии транспортного средства на трассе по присутствию в веерных диаграммах пиков с перепадом от максимума до ближайшего минимума не менее 15 дБ, затем определяют азимутальное направление на транспортное средство относительно центра каждой приемной антенны в текущем n-м временном интервале как средневзвешенное значение углов максимальных пиков в веерной диаграмме, по знаку разности средневзвешенных значений углов максимальных пиков в веерной диаграмме для двух следующих друг за другом n-го и n+1-го временных интервалов любой из приемных антенн принимают решение о направлении движения транспортного средства по трассе, текущую координату xn транспортного средства на трассе определяют как точку пересечения линий
Figure 00000053
и
Figure 00000054
, идущих из центров приемных антенн по направлениям средневзвешенных значений углов максимальных пиков в веерных диаграммах обеих приемных антенн для n-го временного интервала, используя координаты транспортного средства в соседние n-й и n+1-й временные интервалы xn и xn+1 определяют скорость его движения V=(xn+1-xn)/τ.
1. A passive method for detecting a vehicle by its own acoustic noise, in which a useful signal is recorded that is emitted into the atmosphere by the vehicle using at least one receiving antenna, consisting of acoustic sensors placed in a line with a constant pitch, and determining the azimuthal direction to the vehicle relative to the center of the receiving antenna, characterized in that they begin to register a useful signal if it exceeds the threshold the level of the acoustic background of the surrounding space in calm weather P = 60 dB, and provided that the level of the useful signal exceeds the threshold level of the acoustic background by 6 dB during the duration of the full implementation of the signal 10-20 s synchronously receive a useful signal to two receiving antennas, each of which consists of K≥16 acoustic sensors placed in a line along the road at a known distance H from it with a step d of not more than 1/4 of the sound wavelength λ of the portion used by the receiving antennas in the mid-frequency sound pazone 50-1000 Hz and Kd >> λ, and the distance L between the centers of the receiving antennas is 50-200 m, digitize the received signal from each receive antenna at a sampling frequency
Figure 00000046
and the signals received by each k-th sensor of each receiving antenna are placed in the memory of the computing device in the form of the k-th digital array, for each sensor, the duration of the complete signal implementation is divided into N equal time intervals of duration τ, the vehicle is identified by the observed in it the amplitude spectrum of the behavior of the maxima in the frequency band ΔF characteristic of the vehicle, create two quadrature channels for each k-th sensor of each receiving antenna by constructing
Figure 00000047
and
Figure 00000048
FFT spectra of the signal at each nth time interval and form additives to the phase of the spectral components of the signal for subsequent scanning along the maximum angle of the main lobe of the directivity of the receiving antenna
Figure 00000049
where
Figure 00000050
,
Figure 00000051
,
Figure 00000052
- frequency tuning step, tuning is carried out in the frequency band ΔF characteristic of a given vehicle, and it performs the inverse FFT conversion to obtain the total signal from the output of each of the two receiving antennas in the nth time interval, for each n-th time interval of the interval according to the total signal from the output of each of the two receiving antennas in polar coordinates, build fan diagrams characterizing the azimuthal distribution of the maxima of the modulus of the amplitude response of the receiving antenna to its own acus static noise of the vehicle, and make sure that the vehicle is on the track by the presence in the fan diagram of peaks with a difference from the maximum to the nearest minimum of at least 15 dB, then the azimuthal direction to the vehicle relative to the center of each receiving antenna in the current n-th time interval is determined as the weighted average of the angles of the maximum peaks in the fan diagram, by the sign of the difference between the average values of the angles of the maximum peaks in the fan diagram for two consecutive the hom of the n-th and n + 1-th time intervals of any of the receiving antennas decide on the direction of the vehicle along the track, the current coordinate x n of the vehicle on the track is determined as the point of intersection of the lines
Figure 00000053
and
Figure 00000054
coming from the centers of the receiving antennas along the directions of the weighted average values of the angles of the maximum peaks in the fan diagrams of both receiving antennas for the n-th time interval, using the vehicle coordinates in the adjacent n-th and n + 1-th time intervals x n and x n + 1 determine its speed V = (x n + 1 -x n ) / τ.
2. Пассивный способ обнаружения транспортного средства по его собственному акустическому шуму, в котором осуществляют регистрацию полезного сигнала, излучаемого в окружающую атмосферу транспортным средством, с помощью не менее чем одной приемной антенны, состоящей из размещенных в линию с постоянным шагом акустических датчиков, и определяют азимутальное направление на транспортное средство относительно центра приемной антенны, отличающийся тем, начинают осуществлять регистрацию полезного сигнала при условии превышения им порогового уровня акустического фона окружающего пространства в спокойную погоду Р=60 дБ, а при условии превышения уровнем полезного сигнала порогового уровня акустического фона на 6 дБ в течение длительности полной реализации сигнала 10-20 с синхронно принимают полезный сигнал на две приемные антенны, каждая из которых состоит из K≥16 акустических датчиков, размещенных в линию вдоль трассы движения на известном расстоянии Н от нее с шагом d не более 1/4 длины звуковой волны λ используемого приемными антеннами участка в среднечастотном звуковом диапазоне 50-1000 Гц, причем расстояние L между центрами приемных антенн составляет 10-50 м, оцифровывают принятый сигнал от каждой приемной антенны с частотой дискретизации
Figure 00000046
и размещают в памяти вычислительного устройства сигналы, зарегистрированные каждым k-м датчиком каждой приемной антенны, в виде k-го цифрового массива, для каждого датчика разбивают длительность полной реализации сигнала на N равных временных интервалов длительности τ, осуществляют идентификацию транспортного средства по наблюдаемому в его амплитудном спектре поведению максимумов в характерной для данного транспортного средства частотной полосе ΔF, определяют направление движения транспортного средства и его местоположение относительно приемной антенны по знаку наклона зависимости времени задержки корреляционного максимума свертки массивов, соответствующих отдельным участкам полной реализации сигнала gkn=gkn(t), со все более разносимых пар датчиков в одной приемной антенне, и по динамике ее наклона при переходе от текущего n-го к последующему n+1-му временному интервалу, определяют азимутальное направление на транспортное средство относительно центра одной из приемных антенн как равное 90° и фиксируют местонахождение транспортного средства на траверзе данной приемной антенны в момент обращения в нуль угла наклона зависимости времени задержки корреляционного максимума свертки, берут автокорреляционную функцию суммарного массива данных с обеих приемных антенн с последующим суммированием по всем элементам каждой из приемных антенн и определяют скорость транспортного средства как отношение расстояния между центрами приемных антенн к интервалу времени между характерными максимумами в автокорреляционной функции.
2. A passive method for detecting a vehicle by its own acoustic noise, in which a useful signal is recorded that is emitted into the atmosphere by a vehicle using at least one receiving antenna, consisting of acoustic sensors placed in a line with a constant pitch, and the azimuthal is determined direction to the vehicle relative to the center of the receiving antenna, characterized in that they begin to register a useful signal provided that it exceeds the threshold about the level of the acoustic background of the surrounding space in calm weather P = 60 dB, and provided that the level of the useful signal exceeds the threshold level of the acoustic background by 6 dB during the duration of the full implementation of the signal 10-20 s synchronously receive a useful signal to two receiving antennas, each of which consists of K≥16 acoustic sensors placed in a line along the road at a known distance H from it with a step d of not more than 1/4 of the sound wavelength λ of the portion used by the receiving antennas in the mid-frequency sound range it is 50-1000 Hz, and the distance L between the centers of the receiving antennas is 10-50 m, the received signal from each receiving antenna is digitized with a sampling frequency
Figure 00000046
and the signals recorded by each k-th sensor of each receiving antenna are placed in the memory of the computing device in the form of the k-th digital array, for each sensor, the duration of the complete signal implementation is divided into N equal time intervals of duration τ, the vehicle is identified by the observable in it the amplitude spectrum of the behavior of the maxima in the frequency band ΔF characteristic of the vehicle, determine the direction of movement of the vehicle and its location the receiving antenna according to the sign of the slope of the dependence of the delay time of the correlation maximum of convolution of arrays corresponding to individual sections of the complete signal implementation g kn = g kn (t) from more and more distributed pairs of sensors in one receiving antenna, and by the dynamics of its inclination when moving from the current n to the subsequent n + 1-th time interval, determine the azimuthal direction to the vehicle relative to the center of one of the receiving antennas as equal to 90 ° and fix the location of the vehicle on the beam of this reception antenna at the time the angle of inclination of the dependence of the convolution maximum convolution maximum vanishes, take the autocorrelation function of the total data array from both receiving antennas, followed by summing over all elements of each of the receiving antennas and determine the vehicle speed as the ratio of the distance between the centers of the receiving antennas to the interval time between characteristic maxima in the autocorrelation function.
RU2016124442A 2016-06-20 2016-06-20 Passive method of detecting vehicles by its own acoustic noise RU2626284C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124442A RU2626284C1 (en) 2016-06-20 2016-06-20 Passive method of detecting vehicles by its own acoustic noise

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124442A RU2626284C1 (en) 2016-06-20 2016-06-20 Passive method of detecting vehicles by its own acoustic noise

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2626284C1 true RU2626284C1 (en) 2017-07-25

Family

ID=59495920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016124442A RU2626284C1 (en) 2016-06-20 2016-06-20 Passive method of detecting vehicles by its own acoustic noise

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2626284C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110736959A (en) * 2019-10-25 2020-01-31 北京理工大学 planar co-prime array design method based on sum-difference cooperative array construction
CN112924937A (en) * 2021-01-25 2021-06-08 桂林电子科技大学 Two-dimensional plane sudden sound source positioning device and method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2114744A (en) * 1982-02-11 1983-08-24 Krupp Gmbh Passive method of obtaining target data from a source of sound
US6195608B1 (en) * 1993-05-28 2001-02-27 Lucent Technologies Inc. Acoustic highway monitor
RU2316788C1 (en) * 2006-08-09 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Mode of detection by a pulsed-doppler radar of a group target
US20090115635A1 (en) * 2007-10-03 2009-05-07 University Of Southern California Detection and classification of running vehicles based on acoustic signatures
GB2516314A (en) * 2013-07-19 2015-01-21 Canon Kk Method and apparatus for sound sources localization with improved secondary sources localization
RU157396U1 (en) * 2015-08-19 2015-12-10 Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" SCREW RECOGNITION DEVICE

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2114744A (en) * 1982-02-11 1983-08-24 Krupp Gmbh Passive method of obtaining target data from a source of sound
US6195608B1 (en) * 1993-05-28 2001-02-27 Lucent Technologies Inc. Acoustic highway monitor
RU2316788C1 (en) * 2006-08-09 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Mode of detection by a pulsed-doppler radar of a group target
US20090115635A1 (en) * 2007-10-03 2009-05-07 University Of Southern California Detection and classification of running vehicles based on acoustic signatures
GB2516314A (en) * 2013-07-19 2015-01-21 Canon Kk Method and apparatus for sound sources localization with improved secondary sources localization
RU157396U1 (en) * 2015-08-19 2015-12-10 Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" SCREW RECOGNITION DEVICE

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
(стр. 119-122). Ю.М. Заславский О РЕГИСТРАЦИИ ВОЗДУШНО-АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА ДВИЖУЩЕГОСЯ ИСТОЧНИКА КРЕСТООБРАЗНОЙ АНТЕННОЙ // Национальная ассоциация ученых (НАУ) N 5, 2014 (стр. 110-114). *
Ю.М. Заславский, В.Ю. Заславский, А.М. Соков. О ПРИМЕНЕНИИ СКАНИРУЕМОЙ ВОЗДУШНО-АКУСТИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ ДЛЯ ПЕЛЕНГА ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА // Доклады XV школы-семинара им. акад. Л.М. Бреховских "Акустика океана", совмещенной с XXIX сессией Российского Акустического Общества. М.: ГЕОС, 26.04.2016 *
Ю.М. Заславский, В.Ю. Заславский, А.М. Соков. О ПРИМЕНЕНИИ СКАНИРУЕМОЙ ВОЗДУШНО-АКУСТИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ ДЛЯ ПЕЛЕНГА ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА // Доклады XV школы-семинара им. акад. Л.М. Бреховских "Акустика океана", совмещенной с XXIX сессией Российского Акустического Общества. М.: ГЕОС, 26.04.2016 (стр. 119-122). Ю.М. Заславский О РЕГИСТРАЦИИ ВОЗДУШНО-АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА ДВИЖУЩЕГОСЯ ИСТОЧНИКА КРЕСТООБРАЗНОЙ АНТЕННОЙ // Национальная ассоциация ученых (НАУ) N 5, 2014 (стр. 110-114). *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110736959A (en) * 2019-10-25 2020-01-31 北京理工大学 planar co-prime array design method based on sum-difference cooperative array construction
CN110736959B (en) * 2019-10-25 2021-07-09 北京理工大学 Planar co-prime array design method based on sum-difference cooperative array construction
CN112924937A (en) * 2021-01-25 2021-06-08 桂林电子科技大学 Two-dimensional plane sudden sound source positioning device and method
CN112924937B (en) * 2021-01-25 2024-06-04 桂林电子科技大学 Positioning device and method for two-dimensional plane bursty sound source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11988736B2 (en) Systems and methods for virtual aperture radar tracking
JP3144688B2 (en) Method and apparatus for detection and measurement of air phenomena and transmitter and receiver for use in such apparatus
Guldogan et al. Multi-target tracking with PHD filter using Doppler-only measurements
JP2007507691A (en) Sonar systems and processes
RU2004102190A (en) METHOD FOR IMPROVING RADAR RESOLUTION, SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION AND METHOD FOR REMOTE IDENTIFICATION OF THE SYSTEM OF SMALL-SIZED OBJECTS
Amiri et al. Micro-Doppler based target classification in ground surveillance radar systems
Yang et al. Analysis on the characteristic of cross-correlated field and its potential application on source localization in deep water
RU2626284C1 (en) Passive method of detecting vehicles by its own acoustic noise
EP0829021B1 (en) System for detection and measurement of atmospheric movement
CN112782685B (en) Multi-sound-source positioning and sound reconstruction method and system based on MIMO radar
Sinitsyn et al. Determination of aircraft current location on the basis of its acoustic noise
Pham et al. Real-time implementation of MUSIC for wideband acoustic detection and tracking
RU2225991C2 (en) Navigation sonar to illuminate near situation
RU2571950C1 (en) Method for radio monitoring of radio-silent objects
Kachanov et al. Application of signal processing methods to ultrasonic non-destructive testing of articles with high structural noise
CN109738899A (en) A kind of low flyer detection method and system based on accidental resonance detection array
Wan et al. A range-Doppler-angle estimation method for passive bistatic radar
Kalender et al. Security applications with synthetic aperture radar (SAR) systems
Khodjet-Kesba Automatic target classification based on radar backscattered ultra wide band signals
Casalini et al. GMTI in circular SAR data using STAP
Wang et al. Estimating DOA of near sound sources in the air using a single three-component geophone
Webster et al. Deterministic and statistical models for multistatic ambiguity functions
Chervoniak et al. Signal detection algorithm for aircraft localization by means of passive acoustic radar
Neelakandan et al. EDGE-Based ML in W-Band Target Micro-Doppler Feature Extraction
Abraham et al. Introduction to Underwater Acoustic Signal Processing