Về một phương pháp định vị chủ động phục vụ đặc công nước

Trong bài báo, trên cơ sở của hệ thống thông tin liên lạc dưới nước hiện có và nhu cầu thực tế đối với các đơn vị Đặc công nước, chúng tôi đề xuất giải pháp định vị dưới nước theo phương pháp chủ động nhằm phục vụ cho huấn luyện, cứu nạn, cứu hộ của đặc công nước, việc cất giữ và tìm kiếm nhanh chóng các vũ khí, trang bị, mốc giới dưới nước bằng việc kết hợp kỹ thuật điện tử, điện tử dưới nước và công nghệ thông tin.

Kỹ thuật điện tử VỀ MỘT PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ CHỦ ĐỘNG PHỤC VỤ ĐẶC CÔNG NƯỚC Lê Thanh Hải1*, Vũ Hải Lăng1, Trần Quang Giang1 Tóm tắt: Trong báo, sở hệ thống thông tin liên lạc nước có nhu cầu thực tế đơn vị Đặc công nước, đề xuất giải pháp định vị nước theo phương pháp chủ động nhằm phục vụ cho huấn luyện, cứu nạn, cứu hộ đặc công nước, việc cất giữ tìm kiếm nhanh chóng vũ khí, trang bị, mốc giới nước việc kết hợp kỹ thuật điện tử, điện tử nước công nghệ thông tin Đồng thời đánh giá mang tính lý thuyết ảnh hưởng sai số phép đo khoảng cách đến kết phép định vị tối ưu hóa việc bố trí trạm sở với yêu cầu định sai số cho phép định vị Từ khóa: Đặc cơng nước, Định vị chủ động nước, Kho tàng nước ĐẶT VẤN ĐỀ Việc xác định xác vị trí đặc công nước kho tàng nước vấn đề nghiên cứu có tính cấp thiết huấn luyện chiến đấu Có nhiều cơng trình nghiên cứu giải pháp kỹ thuật áp dụng mang tính định tính, dự đốn với độ xác thấp gây khó khăn đánh giá chất lượng huấn luyện, cứu hộ, cứu nạn, chiến đấu đặc biệt việc cất giữ, tìm kiếm nước, cụ thể như: xác định GPS (trên mặt nước), tự cảm nhận người huy đo khoảng cách từ mục tiêu tới tọa độ biết [1] vv Trên sở trang thiết bị có cơng nghệ điện tử nước, đề xuất phương pháp định vị chủ động nước nhằm phục vụ cho huấn luyện, cứu nạn, cứu hộ đặc công nước, việc cất giữ tìm kiếm nhanh chóng kho tàng (các vũ khí, trang bị, mốc giới) nước XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG Yêu cầu giải pháp biết khoảng cách khác từ mục tiêu (đặc công nước, kho tàng) đến thiết bị thu phát với vị trí biết đặt trung tâm (trạm sở) Việc giải toán định vị dựa yêu cầu khả thi Bên cạnh đó, báo đánh giá mang tính lý thuyết ảnh hưởng sai số phép đo khoảng cách đến kết phép định vị tối ưu hóa việc bố trí vị trí trung tâm với yêu cầu định sai số cho phép định vị 2.1 Yêu cầu trang thiết bị Theo hình 1, biết tổng thời gian từ Hỏi đến Đáp, biết vận tốc truyền âm nước xác định khoảng cách từ trạm sở đến mục tiêu theo công thức sau: 68 L.T.Hải, V.H.Lăng, Tr.Q Giang, “Về phương pháp … phục vụ đặc công nước.” Nghiên cứu khoa học công nghệ r v ( t   t ) (1) đó, r khoảng cách trạm sở mục tiêu; v vận tốc lan truyền âm nước; t thời gian từ phát tín hiệu Hỏi đến nhận tín hiệu Đáp t thời gian giữ chậm trình xử lý thiết bị đặc thù lan truyền sóng âm nước (trong trường hợp lý tưởng thời gian giữ chậm vô bé t ≈0) Có hệ thống Hỏi - Đáp hoạt động theo mơ hình sau: Tín hiệu Hỏi Mục tiêu Trạm sở Tín hiệu Đáp r Hình Mơ hình xác định khoảng cách chủ động - Các trang bị coi có sở số cơng trình nghiên cứu cơng bố gần [1] 2.2 Mơ hình hệ thống phạm vi nghiên cứu - Không quan tâm tới độ sâu mà giả thiết mục tiêu trạm sở nằm mặt phẳng - Giả thiết tốc độ truyền âm nưới không đổi khoảng ri - Mục tiêu: Có thể có nhiều mục tiêu mà khơng ảnh hưởng tới kết định vị, yêu cầu trang thiết bị đáp ứng yêu cầu Hỏi-Đáp chủ động với mục tiêu có mật riêng mơ hình lấy mục tiêu (tọa độ x,y) để xét mà không ảnh hưởng tới tính tổng quát (chưa tính đến yếu tố thời gian) - Trạm sở: Có trạm sở (T1, T2, T3) đặt cách với khoảng cách d1 d2 Tọa độ biết trạm sở (x1,y1), (x2,y2), (x3,y3) - Khoảng cách đo từ trạm sở tới mục tiêu là: r1, r2, r3 - Có 01 trung tâm tính tốn điều khiển chung y Mục tiêu (x,y) r3 r2 r1 d1 T2 (x2,y2) (0,0) d2 T3 (x3,y3) T1 (x1,y1) Trung tâm tính tốn điều khiển x Hình Mơ hình hệ thống Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 69 Kỹ thuật điện tử 2.3 Cơ sở toán học giải pháp - Phương trình đường tròn (C1) mục tiêu cách T1 với bán kính r1: ( x1  x )  ( y1  y )  r12 - Phương trình đường tròn (C2) mục tiêu cách T2 với bán kính r2: ( x  x )  ( y  y )  r22 - Phương trình đường tròn(C3) mục tiêu cách T3 với bán kính r3: ( x3  x )  ( y  y )  r32 - Giải hệ phương trình (2,3,4) tìm nghiệm x,y (tọa độ mục tiêu): ( y  y1 )  M  ( y  y1 )  N x  ( y  y1 )  ( x  x1 )   ( y  y1 )  ( x3  x1 ) ( x3  x1 )  M  ( x2  x1 )  N y  ( x3  x1 )  ( y  y1 )   ( x  x1 )  ( y  y1 ) (2) (3) (4) (5) (6) đó, M  r12  r22  y12  y 22  x12  x22 ; N  r12  r32  y12  y32  x12  x32 Trong thực tế, nhiều nguyên nhân (như sai số xung nhịp máy thu; hiệu ứng đa đường, vấn đề khúc xạ, phản xạ…) nên việc đo khoảng cách tồn sai số ε so với khoảng cách thực, vậy, khoảng cách đo thực tế là: pi=ri±i Nghiệm thực tế ba phương trình nằm vòng tròn tâm (x,y) bán kính lss Độ lớn sai số định vị lss phụ thuộc vào độ xác kết đo ε Hình mơ tả trực quan sai số định vị y Đường tròn sai số tâm (x,y), bán kính lss C3 C1 C x (0,0 Hình Các khả lỗi phương pháp giao đường tròn Giả thiết trạm sở bố trí xa Sai số phép đo khoảng cách trạm Ti i với i=1 ta có l ss  ( x ss  x)  ( y ss  y ) Trong x,y nghiệm hệ phương trình ε=0 xss,yss nghiệm hệ phương trình ε≠0 BÀI TOÁN ĐỊNH VỊ 3.1 Một số kết mô định vị lý tưởng (ε=0) 70 L.T.Hải, V.H.Lăng, Tr.Q Giang, “Về phương pháp … phục vụ đặc công nước.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Khoảng cách từ trạm sở Ti đến mục tiêu ri với tỷ lệ 1:100000 tương ứng với 1cm có nghĩa khoảng cách thực tế 1km Sử dụng phần mềm mơ viết Labview ta có kết mơ (hình hình 5): Kết (hình 4): x1=0,7 x2=0 x3=1,5 r1=1,35 r2=1,62 r3=1,58 y1=1,5 y2=1,3 y3=1,6 ta tính tọa độ mục tiêu cần định vị là: x=2,836; y= 0,512 Kết (hình 5): x1=0,9 x2=0,2 x3=1,6 r1=1,6 r2=1,58 r3=1,74 y1=1,3 y2=1,3 y3=1,5 ta tính tọa độ mục tiêu cần định vị là: x=2,85037; y=0,504571 C1 C2 C3 C1 C3 C2 Hình Kết định vị Hình Kết định vị 3.2 Mô ảnh hưởng sai số phép đo khoảng cách đến kết định vị C2 C1 C3 C1 C3 C2 Hình Khơng có sai số định vị lss=0 Hình Sai số định vị với đường tròn bán kính lss=0.179 ε=0.05 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 71 Kỹ thuật điện tử Như trình bày mục 2.3, thực tế tồn sai số phép đo khoảng cách εi tồn vùng không gian sai số định vị lss Để đánh giá mang tính lý thuyết độ lớn vùng sai số, ta giả thiết sau: Phương trình (2) có x1, y1 (0,7; 1,5), r1=1,35; Phương trình (3) có x2, y2 (0,1; 1,35), r2=1,62; Phương trình (4) có có x3, y3 (1,5 ; 1,6), r3=1,47; Và εi=0,05 (tương đương với giả thiết sai số phép đo khoảng cách 50m) ta tính lss = 0.179 (tọa độ thực tế mục tiêu thuộc vòng tròn tâm x,y bán kính 179m) Kết mơ hình hình 3.3 Tối ưu hóa trạm trung tâm Bài tốn đặt tìm khoảng cách tối thiểu (min d1,d2) để bố trí trạm sở cho thỏa mãn lss cho trước vấn đề triển khai thực tế cần nghiên cứu việc bố trí trạm (hay tương quan xi, yi) có ảnh hưởng lớn tới kết định vị hay khơng? Về mặt tốn học, nhóm tác giả chưa có điều kiện phân tích sâu, mơ tiến hành để đánh sau: cố định sai số đo khoảng cách i=0.05 lss phụ thuộc vào d1, d2 (tương đương việc phụ thuộc tham số xi, yi) Kết mô với cách giảm dần d1, d2 để khảo sát giá trị lss Kết mơ hình 8, hình 9, hình 10 hình 11 Kết mơ cho thấy, sai số định vị lss tăng trạm sở gần Sự tương quan xi,yi có ảnh hưởng tới kết định vị KẾT LUẬN - Bài báo trình bày giải pháp định vị nước theo phương pháp chủ động nhằm phục vụ cho huấn luyện, cứu nạn, cứu hộ đặc cơng nước, việc cất giữ tìm kiếm nhanh chóng vũ khí, trang bị, mốc giới nước việc kết hợp kỹ thuật điện tử, điện tử nước công nghệ thông tin Kết thực cho thấy giải pháp khả thi, dễ dàng triển khai thực tiễn - Phương pháp định vị chủ động cho thấy sai số phép đo khoảng cách có ảnh hưởng tới kết định vị Theo kết mô phỏng, sai số phép đo ≤50m, cự ly ≤1500m khoảng cách trạm sở ≥ 100 m sai số định vị ≤171 m - Việc bố trí trạm sở trung tâm có ảnh hưởng tới kết định vị, bố trí xa kết định vị tốt nhiên điều gây khó khăn cho công tác triển khai Nếu cự ly từ mục tiêu tới trạm sở ≤1500m khoảng cách trạm sở cần ≥50 m tương quan trạm có ảnh hưởng tới kết định vị 72 L.T.Hải, V.H.Lăng, Tr.Q Giang, “Về phương pháp … phục vụ đặc công nước.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ C1 C3 C1 C2 C3 C2 Hình Kết mô với: x1=0,7; y1=1,5; r1=1,35; x2=-0,2; y2=1,35; r2=1,62; x3=1,7; y3=1,5; r3=1,816 sai số định vị lss=0,1825 C1 Hình Kết mơ với: x1=0,7; y1=1,5; r1=1,35; x2=0; 2=1,35; r2=1,62; x3=1,5; y3=1,5; r3=1,61 sai số định vị lss=0,1997 C1 C3 C2 C2 Hình 10 Kết mô với: x1=0,7; y1=1,5; r1=1,35; x2=0,35; y2=1,35; r2=1,62; x3=1,15; y3=1,5; r3=1,296 sai số định vị lss=0,294 C3 Hình 11 Kết mơ với: x1=0,7; y1=1,5; r1=1,35; x2=0,37; y2=1,35; r2=1,62; x3=1,1; y3=1,5; r3=1,278 sai số định vị lss=0,329 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Hải Lăng (2013), “Nghiên cứu thiết kế, chế thử thiết bị liên lạc nước sử dụng cho đặc công nước, đặc công người nhái Quân chủng Hải quân”, Báo cáo tổng kết khoa học đề tài cấp Viện KH-CN quân Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 73 Kỹ thuật điện tử [2] Axel Kupper (2005), “Location-Based Services Fundamentals and operation”, John Wiley & Sons Ltd, England [3] Jeffrey Hightower and G Borrielo (2001), “Location Sensing Techniques”, University of Washington, Computer Science and Engineering, Technical Report UW-CSE-01-07-01 [4] Jeffrey Hightower and Gaetano Borriello (2001), “Location systems for ubiquitous computing”, IEEE Computer, 34(8), pp 57-66 ABSTRACT THE METHOD OF UNDERWATER ACTIVIE LOCALISATION FOR FROGMAN ACTIVITIES In this paper, based on an existing underwater communication system and the practical demand of application for Naval Sapper Units, we propose an underwater positioning system with active sonar to be used in training, rescue and salvage activities performed by naval sappers The system can also be used in efficient storage and quick detection of underwater weapons, equipment and markers by combining together electronic, underwater electronic and information technologies Moreover, the theoretical assessment of impacts of distance measurement errors is also conducted on the positioning results and the optimization in allocation of base stations under a certain constraint on positioning tolerance Keywords: Frogman, Underwater acoustic active localization, Underwater stores Nhận ngày 21 tháng 07 năm 2015 Hoàn thiện ngày 10 tháng 08 năm 2015 Chấp nhận đăng ngày 07 tháng 09 năm 2015 Địa chỉ: 1Viện Điện tử, Viện KH-CNQS; Email: langvh@vietkey.vn 74 L.T.Hải, V.H.Lăng, Tr.Q Giang, “Về phương pháp … phục vụ đặc công nước.” ... nghiệm hệ phương trình ε≠0 BÀI TỐN ĐỊNH VỊ 3.1 Một số kết mô định vị lý tưởng (ε=0) 70 L.T.Hải, V.H.Lăng, Tr.Q Giang, Về phương pháp … phục vụ đặc công nước. ” Nghiên cứu khoa học công nghệ Khoảng... thấy, sai số định vị lss tăng trạm sở gần Sự tương quan xi,yi có ảnh hưởng tới kết định vị KẾT LUẬN - Bài báo trình bày giải pháp định vị nước theo phương pháp chủ động nhằm phục vụ cho huấn luyện,... ≥50 m tương quan trạm có ảnh hưởng tới kết định vị 72 L.T.Hải, V.H.Lăng, Tr.Q Giang, Về phương pháp … phục vụ đặc công nước. ” Nghiên cứu khoa học công nghệ C1 C3 C1 C2 C3 C2 Hình Kết mơ với: