Underwater Object Identification by Means of Reflected Sonar Signals

Authors

  • A. S. Tugbaeva Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of RAS
  • A. G. Itskov Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of RAS
  • V. N. Milich Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of RAS
  • V. A. Shirokov Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of RAS

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-4-31-41

Keywords:

identification, periodogram analysis, echo signal, underwater object, hydroacoustics

Abstract

The paper presents the research results of the underwater object identification method on the basis of periodogram analysis of hydroacoustic signals reflected from them with the application of voting algorithm. The identification of an object in the article means making a decision to distinguish it from other objects. Hydroacoustic signals are the main means of obtaining information about the underwater environment, they are also widely used to detect and identify underwater objects, including ships, submarines and underwater structures. The identification of underwater objects is an important task to ensure the safety of underwater exploration and the efficient utilization of marine resources in a noisy and complex underwater environment, including the presence of several natural objects and the use of various underwater exploitation techniques. The study proposes an approach that uses periodogram analysis followed by a voting algorithm to solve the problem of underwater object identification. Periodogram analysis is a method that identifies characteristic time and frequency features in hydroacoustic signals reflected from different types of objects. The proposed approach takes into account different characteristics of the signal periodogram to identify the unique features of each underwater object. The main purpose of this work is to develop and investigate a set of features using periodograms that take into account the specificity of hydroacoustic signals and the unique properties of different types of underwater objects under study. This approach allows to achieve a sufficiently high accuracy of identification. The paper presents the results of experiments conducted on real hydroacoustic signals. These results allow us to conclude about the effectiveness of the underwater object identification method by reflected hydroacoustic signals on the basis of periodogram analysis. The results of the study have practical significance and can be applied in applications related to underwater research.

Author Biographies

A. S. Tugbaeva, Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of RAS

Research Engineer

A. G. Itskov, Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of RAS

PhD in Physics and mathematics, Senior Research Associate

V. N. Milich, Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of RAS

PhD in Engineering, Leading Researcher

V. A. Shirokov, Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of RAS

PhD in Engineering, Senior Researcher

References

Различение подводных объектов на основе периодограммного анализа отраженных гидроакустических сигналов / А. С. Тугбаева, А. Г. Ицков, В. Н. Милич, В. А. Широков // Химическая физика и мезоскопия. 2022. Т. 24, № 3. С. 388-399. DOI 10.15350/17270529.2022.3.32.

Геппенер В. В., Мандрикова Б. С. Обнаружение и идентификация аномальных эффектов в сложном сигнале // Автоматика и телемеханика. 2021. № 10. С. 46-59. DOI 10.31857/S0005231021100056.

Вероятностно-статистический критерий оценки состояния виброакустического сигнала / И. С. Кудрявцева, А. П. Науменко, А. М. Демин, А. И. Одинец // Динамика систем, механизмов и машин. 2019. С. 113-122. DOI 10.25206/2310-9793-7-2-113-122.

Спектральный метод измерения изменений временных интервалов между периодическими последовательностями импульсов / А. А. Шейников, А. В. Исаев, В. В. Зеленко, Ю. В. Суходолов // Приборы и методы измерений. 2019. Т. 10, № 2. С. 178-184. DOI 10.21122/2220-9506-2019-10-2-178-184.

Греков А. Н., Греков Н. А., Сычев Е. Н. Метрологическое обеспечение акустических измерительных приборов среднечастотного диапазона // Системы контроля окружающей среды. 2020. Вып. 2 (40). С. 117-126. https://doi.org/10.33075/2220-5861-2020-2-117-126.

Мишуров В. Ж., Рязанов В. А. Многофункциональный акустический стенд для лабораторных исследований // Актуальные проблемы контроля окружающей среды: материалы семинара, Севастополь, 10-11 ноября 2020 года. Севастополь: ИП Куликов А. С., 2020. С. 30.

Широков В. А., Милич В. Н. Экспериментальный комплекс для исследования возможностей использования гидроакустических датчиков в системах подводного видения // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2021. Т. 24, № 4. С. 54-64. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-4-54-64.

"Распознавание". Математические методы. Программная система. Практические применения / Ю. И. Журавлев, В. В. Рязанов, О. В. Сенько; Ю. И. Журавлев, В. В. Рязанов, О. В. Сенько. М.: ФАЗИС, 2006. 176 с. ISBN 5-7036-0108-8.

Колмогоров В. Г. Современная геодинамика Сибири по результатам геодезических и геолого-геофизических исследований: монография. Новосибирск: СГГА, 2013. 236 с. ISBN 978-5-87693-602-8.

Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов, прогноз и управление / пер. с англ. под ред. В. Ф. Писаренко. М.: Мир, 1974, кн. 1. 406 с.

Осипов О. В. Спектральный анализ дискретных сигналов с высоким частотным разрешением // Вычислительные методы и программирование. 2019. Т. 20, № 3. С. 270-282. DOI 10.26089/NumMet.v20r324.

Карабанов И. В., Миронов А. С. Алгоритмы обработки гидроакустических сигналов. Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2018. 140 с.

Комиссаров Д. Р., Доровской В. А. Использование процедуры компенсации при распознавании акустических образов и сцен необитаемых подводных аппаратов // Вестник Керченского государственного морского технологического университета. 2020. № 2. С. 110-125.

Раушер К., Йанссен Ф., Минихольд Р. Основы спектрального анализа / пер. с англ. С. М. Смольского; под ред. Ю. А. Гребенко. М.: Горячая линия-Телеком, 2006. 224 с.

Бутырский Е. Ю. Математические модели гидроакустических сигналов и методы их обработки. СПб.: Информационный издательский учебно-научный центр "Стратегия будущего", 2018. 649 с. ISBN 978-5-4268-0028-1.

Бутырский Е. Ю., Васильев В. В., Рахуба В. П. Система взглядов на совершенствование обработки гидроакустических сигналов // Морской сборник. 2021. № 7 (2092). С. 57-64.

Легуша Ф. Ф., Попов Ю. Н. Численное моделирование распространения акустического сигнала в подводном звуковом канале // Труды Крыловского государственного научного центра. 2021. № 2 (396). С. 122-133. DOI 10.24937/2542-2324-2021-2-396-122-133.

Обнаружение и обследование локальных донных объектов с помощью группы специализированных автономных подводных роботов / А. В. Инзарцев, А. М. Павин, Г. Д. Елисеенко, М. А. Панин // Известия ЮФУ. Технические науки. 2018. № 1 (195). С. 40-51. DOI 10.23683/2311-3103-2018- 1-40-51.

Особенности технологии использования параметрических гидроакустических средств для поиска, идентификации и мониторинга объектов в придонном слое / А. А. Шрейдер, А. А. Шрейдер, М. С. Клюев [и др.] // Процессы в геосредах. 2018. № 2(15). С. 920-927.

Обеспечение экологической безопасности акваторий Российского Арктического шельфа и повышение безопасности морских экосистем за счет снижения шумового загрязнения / В. А. Калью, Д. А. Смирнов, В. И. Таровик [и др.] // Труды Крыловского государственного научного центра. 2023. № 2 (404). С. 140-153. DOI 10.24937.2542-2324-2023-2- 404-140-153.

Мартынов В. Л., Сиек Ю. Л., Борисов А. Н. Оптимизация информационно-измерительных и управляющих систем подводных аппаратов для повышения эффективности подводного поиска // Морские интеллектуальные технологии. 2022. № 4-2(58). С. 109-116. DOI 10.37220/MIT.2022.58.4.014.

Подводные робототехнические комплексы: системы, технологии, применение / А. В. Инзарцев, Л. В. Киселев, В. В. Костенко, Ю. В. Матвиенко, А. М. Павин, А. Ф. Щербатюк [отв. ред. Л. В. Киселев]. Владивосток: Дальнаука, 2018. 368 с.

Published

09.01.2024

How to Cite

Tugbaeva А. С., Itskov А. Г., Milich В. Н., & Shirokov В. А. (2024). Underwater Object Identification by Means of Reflected Sonar Signals. Intellekt. Sist. Proizv., 21(4), 31–41. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-4-31-41

Issue

Section

Articles