Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

13 74 0
Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Bài viết đề xuất một giải pháp tạo búp sóng mới trên mô hình cảm biến mảng hydrophone dạng trụ tròn của an ten 1H trong tổ hợp sonar thủy âm МГК400ЭМ, trên cơ sở tạo búp sóng tùy biến kết hợp với phương pháp tạo búp sóng thích nghi như Frost, Griffiths hoặc MVDR để nâng cao chất lượng tín hiệu thu.

Nghiên cứu khoa học công nghệ GIẢI PHÁP TẠO BÚP SĨNG TÙY BIẾN CHO CẢM BIẾN MẢNG TRỤ TRỊN BA CHIỀU CỦA ANTEN 1H TRONG TỔ HỢP SONAR THỦY ÂM МГК-400ЭМ Phan Hồng Minh*, Phan Văn Việt, Nguyễn Thị Thu Hồng, Phạm Thanh Thương Tóm tắt: Bài báo đề xuất giải pháp tạo búp sóng mơ hình cảm biến mảng hydrophone dạng trụ tròn an ten 1H tổ hợp sonar thủy âm МГК400ЭМ, sở tạo búp sóng tùy biến kết hợp với phương pháp tạo búp sóng thích nghi Frost, Griffiths MVDR để nâng cao chất lượng tín hiệu thu Việc thực kích hoạt hydrophone mảng cảm biến tạo mảng có cấu trúc hình học khác nhau, quay búp sóng theo hướng mong muốn, tạo nhiều mảng với búp sóng thu có độ linh động cao, thực lọc khơng gian tín hiệu nhằm nâng cao chất lượng phát định vị mục tiêu nước Từ khóa: Mảng cảm biến; Tạo búp sóng thích nghi Frost; Griffiths; MVDR; Tổ hợp sonar МГК-400ЭМ GIỚI THIỆU Tổ hợp thủy âm МГК-400ЭМ khí tài sonar, phiên nâng cấp từ МГК-400 để tích hợp tàu ngầm Nga, coi hệ thống mắt thần tàu ngầm lòng biển sâu để phát cảnh báo theo dõi nhận dạng mục tiêu nước đảm bảo sẵn sàng chiến đấu Hình Sơ đồ khối tổ hợp thủy âm МГК-400ЭМ Anten 1H - Anten tổ hợp, dùng để thu nhận tín hiệu chế độ П1, А1, П2 А3 dải tần số từ 0.3-10.8 kHz Được lắp đặt mũi tàu, phía dưới, bên bầu sonar có tính chất xun âm Anten có hình dạng trụ trịn tạo góc 12.4°, đỉnh hướng xuống Độ cao anten 2,4m, đường kính mặt cắt 4m Trên bề mặt anten 1H lắp đặt 1008 cảm biến, bố trí thành 14 mảng cảm biến tròn (circle arrays) nằm ngang, mảng trịn có 72 hydrophone bố trí theo vịng trịn cách theo góc 5° [2] Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 227 Kỹ thuật điện tử Bài báo đề xuất giải pháp kết hợp phương pháp điều khiển cứng mềm tạo mảng có cấu trúc hình học khác dựa mơ hình anten 1H, cách kích hoạt hydrophone ma trận cảm biến tạo nhiều loại mảng có kiểu búp sóng hướng khác nhau, điều khiển mềm tính tốn trọng số mảng (thuật tốn thích nghi) để quay búp sóng có hướng thu mong muốn, triệt giảm búp sóng phụ, giảm ảnh hưởng tối đa tạp ồn nâng cao độ lợi mảng TẠO BÚP SÓNG MẢNG TRỤ VÀ TÙY BIẾN VỚI ANTEN 1H 2.1 Tạo búp sóng mảng trụ Mảng trụ trịn mảng ba chiều, đó, hydrophone bố trí hình trịn bán kính R mặt phẳng ngang, mảng tròn triển khai theo trục dọc z thành mảng trụ tròn (hình 2) Trên sở có N mảng trịn mảng trịn có M phần tử, tâm mảng tròn trục z mảng đối xứng theo hướng z gốc tọa độ Xây dựng mơ hình tính tốn thiết kế tạo búp sóng cho mảng véc tơ đa tạp tập trọng số mảng [5] Hình Cấu trúc hình học mảng trụ hệ tọa độ trụ Theo [1, 5] thực tạo búp sóng cho mảng trụ theo hai bước: Bước 1: Tạo búp sóng mảng trịn bán kính R với M phần tử Bcir(θ, ϕ ); Bước 2: Tạo búp sóng mảng thẳng lần cho N mảng tròn theo trục z từ véc tơ bước 1, búp sóng mảng trụ với tín hiệu đầu B(θ, ϕ ) Búp sóng mảng trụ: (1) (2) 228 P H Minh, …, P T Thương, “Giải pháp tạo búp sóng tùy biến … thủy âm МГК-400ЭМ.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Có thể viết lại sau: (3) Biểu thức ngoặc búp sóng mảng trịn thứ n Do vậy, (4) Tương tự vậy, tạo búp sóng với mảng thẳng (5) Nếu (2) viết tách riêng, (6) Thì (3) viết gọn lại (7) Tạo búp sóng mảng trụ trịn bán kính R = 2m, số lượng mảng trịn N = 5, mảng trịn có M = 36 phần tử cảm biến, khoảng cách mảng tròn RS = 0.1875m, tần số âm f = 500Hz, vận tốc âm nước c = 1500m/s Hình Búp sóng mảng trụ trịn 5x36 phần tử Hình thiết lập hình dáng kích thước giống anten 1H tổ hợp sonar МГК-400ЭМ, nhiên, số lượng mảng trịn cảm biến hơn, góc nghiêng 12.4° anten 1H, điều khiển búp sóng quay theo trục z góc -12.4° Về hình dáng búp sóng mảng trụ phụ thuộc vào bán kính mảng trịn, tần số tín hiệu hiệu sóng âm hướng búp sóng Tùy vào tình tác chiến cụ thể mà mảng trụ tròn tùy biến theo nhiều cấu trúc hình học khác nhau, tạo búp sóng có hướng độ rộng khác Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 229 Kỹ thuật điện tử 2.2 Tạo búp sóng tùy biến với anten 1H 2.2.1 Anten 1H kỹ thuật tạo búp sóng Anten 1H lắp đặt bầu sonar bố trí phía đầu (nửa dưới) tàu ngầm, cấu thành từ khối cảm biến ПР2Р kết nối thành khối ПР5 (vòng từ đến 12) khối ПР5-1 (vịng 13 14) Hình Cấu trúc anten 1H số búp sóng Trong chế độ П1 búp sóng anten 1H tạo nhờ mặt quạt 120°, có 24 mảng thẳng dọc theo anten Ban đầu tạo búp sóng mặt phẳng đứng với góc nghiêng cho trước (- 12.4°, - 6°, 0°, 6°, 12.4°), sau tín hiệu định pha tạo búp sóng cung bù, bán kính bán kính trung bình hình nón Ngồi ra, cịn tạo điều khiển búp sóng theo góc nghiêng (từ -60° đến 60°) Trong chế độ А1 việc tạo kênh khơng gian (ПК) để thu nhận tín hiệu tương tư việc tạo kênh không gian chế độ П1 Độ rộng ПК tần số kHz mặt phẳng ngang 10.9°, mặt phẳng đứng 13.7° Hệ số tập trung K 195 Trong chế độ П2 А3 búp sóng tạo vịng phía anten (vịng 13 14) Khi đó, mặt phẳng ngang tạo rẻ quạt gồm 20 kênh không gian, lệch tương đối góc 15° Mỗi kênh khơng gian tạo kênh bù pha gồm 20 đầu thu, bố trí theo thứ tự bàn cờ (độ lớn bù gần 50°); kênh thu người ta làm giảm dần biên độ kênh thu Hình mơ búp sóng mảng trịn vịng 13 14, có đường kính R = 2m, tần số sóng âm f = 500Hz, tốc độ âm c = 1500m/s, góc quay búp sóng [45o,45o] theo trục xy, hướng nhìn [135o, 20o] Hình Búp sóng mảng tròn 1x72 phần tử, R = 2m 230 P H Minh, …, P T Thương, “Giải pháp tạo búp sóng tùy biến … thủy âm МГК-400ЭМ.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Giá trị độ rộng HPBW rẻ quạt mặt phẳng ngang dải tần công tác thể bảng Bảng Độ rộng búp sóng chế độ hoạt động П2 A3 Tần số (kHz) 1.0 1.5 3.8 8.0 10.0 Độ rộng búp sóng 62.0º 45.0º 22.0º 23.0º 24.0º mức dB Độ rộng cánh sóng mặt phẳng đứng tần số 10 kHz gần 25° tăng theo chiều giảm tần số Độ nhạy trung bình kênh thu (khối ПР2Р) anten tần số kHz 500 μkV/Pа, tần số kHz – 1700 μkV/Pа Giá trị trung bình điện dung cảm biến – 6.5 nF Áp suất thủy tĩnh công tác – МPа 2.2.2 Tạo mảng tùy biến với anten 1H Trong nhiều ứng dụng thực tế, hình dạng vật lý mảng cảm biến phải phù hợp với hình dạng bề mặt cong mà chúng gắn Ví dụ mảng gắn tàu ngầm, máy bay, đa tên lửa Các mảng có hình thù đặc biệt trụ trịn, trịn, cầu, bán cầu, móng ngựa,… Giải pháp báo đề xuất kích hoạt tùy biến tập hydrophone mảng trụ trịn chiều để hình thành cấu trúc hình học định để tạo búp sóng có hướng đặc tính thu mong muốn, đồng thời, kết hợp sử dụng ma trận trọng số W (áp dụng thuật tốn tạo búp sóng thích nghi Frost, Griffiths MVDR) để thiết kế đặc tính mảng thành lọc khơng gian với mục đích thu tín hiệu mong muốn tốt Tạo búp sóng anten 1H theo mặt quạt 120o (24 phần tử) vịng anten từ đến 12, có đường kính R = 2m, tần số sóng âm f = 1000Hz, tốc độ âm c = 1500m/s, góc quay búp sóng [0o,0o] theo trục xy, hướng nhìn [135o, 20o] Hình Tạo búp sóng anten 1H có mặt quạt 120o 12x24 phần tử Với anten 1H theo mặt quạt 180o (36 phần tử x 14 vịng) tùy biến thành nhiều mảng để đồng thời theo dõi nhiều mục tiêu Tùy biến anten 1H thành 72 mảng thẳng kích thước 1x6 theo chiều dọc (12 vòng trên), với hai vòng cảm biến 13, 14 tùy biến thành 12 mảng trịn cong 1x6 có đường kính R = 2m theo dõi đồng thời nhiều mục tiêu từ hướng khác Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 231 Kỹ thuật điện tử theo phương ngang (hình 7) Trong hệ thống sonar nưới việc đồng thời quan sát nhiều mục tiêu tối cần thiết, với giải pháp đưa hợp lý tùy biến tách mảng phẳng thành nhiều mảng nhỏ kết hợp với tính tốn véc tơ trọng số wn mảng để quay búp sóng theo hướng mục tiêu phát Hình Tùy biến Anten 1H theo mặt quạt 180o tạo nhiều mảng Hình Búp sóng mảng trịn cong R=2m 1x6 Với hình kích hoạt mảng trụ thành mảng thẳng cong, tạo búp sóng theo chiều dọc, phương ngang làm cho mảng tùy biến linh động hướng thu quan sát nhiều mục tiêu đồng thời Ngồi ra, kích hoạt theo đường chéo, để có mảng thu có hình dạng mặt trịn đường trịn có cấu trúc hình học khác nhau, cấu trúc lệch tam giác (triangles), cặp lệch song song (shift pair) cấu trúc cân đối xứng (symmetric) [1] tạo từ anten 1H tùy biến Mảng thẳng 1x6 sử búp sóng phương ngang theo trục xy tính tốn quay búp sóng theo trục z để quan sát phát mục tiêu Mảng cong 1x6 có búp sóng dọc theo trục z điều khiển búp sóng theo mặt quạt 120o (hình 8) Như vậy, dựa cơng thức tính tốn để thiết kế mảng, giải pháp báo đưa tùy biến anten 1H dựa việc kích hoạt hydrophone mảng để tạo thành mảng tạo búp sóng thích nghi cho mảng đến hướng mong muốn Trong trường hợp quan sát mục tiêu cụ thể cần có tính tốn để chọn lựa cấu trúc hình học mảng cho tối ưu MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ 3.1 Sơ đồ khối thuật toán giải pháp Giải pháp đề xuất trình bày theo lưu đồ hình Sau khởi tạo mảng thu tín hiệu tạo búp sóng thơng thường điều khiển quay búp sóng theo 232 P H Minh, …, P T Thương, “Giải pháp tạo búp sóng tùy biến … thủy âm МГК-400ЭМ.” Nghiên cứu khoa học công nghệ nguyên lý “Delay and Time” để rà quét sục sạo mục tiêu theo phương ngang, xuất mức lượng lớn ngưỡng, hệ thống cảnh báo xuất mục tiêu vào mức lượng, tần số, thuật toán tùy biến số cấu trúc hình học khác thiết lập tạo búp sóng thích nghi Frost để tìm cấu hình mảng cho tín hiệu tốt Hình Lưu đồ thuật tốn giải pháp tạo búp sóng tùy biến Tạp chí Nghiên cứu KH&CN qn sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 233 Kỹ thuật điện tử Với hình áp dụng loại thuật tốn tạo búp sóng thơng thường thích nghi khác cho phù hợp với điều kiện thu thực tế 3.2 Triệt giảm tạp ồn tín hiệu Mơ tạo búp sóng thơng thường (Delay and Time) tạo búp sóng thích nghi Frost [6] cho mảng thường mảng tùy biến Tín hiệu sử dụng để mơ tín hiệu phát từ mục tiêu nước có độ dài 10s: Một tiếng Ping tàu ngầm S1 có góc đến [-30o, 0o] (hình 10a, hình 10b), hai tiếng động diezen tàu mặt nước S2 có góc đến [-10o, 10o] (hình 10c, hình 10d) ba âm cá voi S3 có góc đến [20o, 0o] (hình 10e, hình 10f) Hình 10 Một số tín hiệu âm nước sử dụng để mơ Hình 11 Mảng thường ULA mảng tùy biến 234 P H Minh, …, P T Thương, “Giải pháp tạo búp sóng tùy biến … thủy âm МГК-400ЭМ.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Mảng thường ULA gồm 12 phần tử cách 0.1875m (hình 11a), thiết lập mảng trụ cong tùy biến cấu trúc mảng 6x8 phần tử bố trí cách 0.175m, mảng kích hoạt theo cấu trúc 3x4 4x3 kiểu hình vng cách (Rectagular) (hình 11b), kích hoạt theo 3x4 4x3 kiểu hình tam giác (Triangular) (hình 11c), kích hoạt mảng theo cấu hình 2x6 6x2 với 12 phần tử cảm biến, cịn mơ theo nhiều cấu hình khác Tiến hành mơ tạo búp sóng thường (Delay and Time) thích nghi Frost có 20 băng lọc với mảng thường mảng trụ cong tùy biến có 12 phần tử cảm biến với góc đến tín hiệu khác Tín hiệu thu cảm biến vơ hướng giống nhau, có mức độ tạp ồn lớn (hình 12), sử dụng kỹ thuật tạo búp sóng thơng thường delay-time cho mảng thường quay búp sóng đến hướng tín hiệu thứ nhất; lúc tín hiệu cải thiện tạp ồn tín hiệu thứ hai xuất rõ ràng (hình 13) Hình 12 Tín hiệu hỗn hợp thu cảm biến Hình 13 Tín hiệu tạo búp sóng Delay and Time mảng ULA góc S1 [-30o, 0o] Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 235 Kỹ thuật điện tử Hình 14 Tín hiệu tạo búp sóng Delay and Time mảng tùy biến góc S1 [-30o, 0o] Hình 15 Tín hiệu tạo búp sóng thích nghi Frost mảng ULA góc S1 [-30o, 0o] Hình 16 Tín hiệu tạo búp sóng thích nghi Frost mảng tùy biến góc S1 [-30o, 0o] 236 P H Minh, …, P T Thương, “Giải pháp tạo búp sóng tùy biến … thủy âm МГК-400ЭМ.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Tạo búp sóng mảng tùy biến với cấu hình 4x3 kiểu tam giác triangular (hình 11c) với góc quay búp sóng theo hướng tín hiệu S1 hình 14 Từ đây, thấy tín hiệu có cải thiện với mảng thường ULA (hình 13) Để đạt hiệu suất tốt hơn, mô với tạo búp sóng thích nghi Frost, thiết lập thuật tốn Frost với lọc kích thước 20 băng lọc, mơ tương tự với mảng thường mảng tùy biến: Hình 15 cho thấy tín hiệu cải thiện đáng kể tạp ồn không thấy xuất tín hiệu thứ Như vậy, thấy thuật tốn thích nghi Frost cải thiện đáng kể chất lượng với thuật tốn tạo búp sóng thơng thường Tuy nhiên, với số lượng cảm biến không đổi, chất lượng tín hiệu cịn tốt ứng dụng với mảng tùy biến 4x3 triangular (hình 16), mô cho thấy rõ hiệu giải pháp tạo búp sóng mảng tùy biến làm giảm tạp ồn đến từ hướng không quan tâm 3.3 Nâng cao độ lợi tín hiệu với mảng tùy biến Để thấy rõ cải thiện chất lượng, tính độ lợi mảng (Array Gain) theo công thức sau [5]: (8) Hoặc (9) Mơ tạo búp sóng thường thích nghi Frost, tính độ lợi mảng theo (8) với kiểu mảng thường mảng tùy biến theo góc quay búp sóng khác ta (bảng 2, bảng 3) Bảng Độ lợi mảng thường ULA theo góc tới tín hiệu Tạo búp sóng Delay and Tạo búp sóng Frost Time Góc Góc Góc Góc quay Góc Góc STT Mảng thường quay quay quay S1[-30,0] quay quay S1[-30,0] S2[- S3[20,0] S2[- S3[20,0] 10,10] 10,10] Mảng thường 12 0.8645 0.2235 0.4764 10.9068 1.6913 3.6562 phần tử ULA Kết bảng cho thấy độ lợi tạo búp sóng với mảng thường (ULA) theo góc hướng khác nhau, thực tế mảng quét theo góc hướng bất kỳ, báo mơ số góc hướng điển hình để tìm giải pháp có lợi lớn Bảng tạo búp sóng với mảng tùy biến kích hoạt theo cấu trúc khác nhau, kết mô cho thấy độ lợi anten 1H tùy biến có cải thiện hơn, nhiên, nhược điểm giải pháp nhiều thời gian để tính tốn tối ưu cấu trúc hình học để đưa cấu trúc tốt tất hướng mảng phẳng tùy biến có độ lợi lớn so với mảng thường, điều phù hợp với thực tế Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 237 Kỹ thuật điện tử Bảng Độ lợi mảng anten 1H tùy biến theo góc tới tín hiệu Mảng anten 1H tùy biến theo STT số cấu trúc hình học khác Mảng tùy biến 3x4 kiểu Rectagular Mảng tùy biến 4x3 kiểu Rectagular Mảng tùy biến 2x6 kiểu Triangular Mảng tùy biến 6x2 kiểu Triangular Mảng tùy biến 3x4 kiểu Triangular Mảng tùy biến 4x3 kiểu Triangular Tạo búp sóng Delay and Tạo búp sóng Frost Time Góc Góc Góc quay Góc quay Góc Góc quay quay S3[20,0] S1[-30,0] quay quay S1[S2[S2[- S3[20,0] 30,0] 10,10] 10,10] 2.1456 0.4610 0.5727 11.5240 1.6544 3.6667 1.3982 0.3187 0.6418 11.7307 1.6818 3.6482 4.1100 0.6899 1.01621 11.7816 1.6808 3.6731 1.0032 0.2318 0.7527 11.8109 1.6709 3.6541 2.2093 0.4603 0.6143 11.6094 1.6602 3.6669 1.3950 0.3459 0.6981 11.8155 1.6806 3.6538 KẾT LUẬN Bài báo đưa sở tính tốn mơ hình tốn học cho cấu trúc mảng trụ tròn tùy biến, đề xuất giải pháp tùy biến cấu trúc hình học mảng kết hợp điều khiển búp sóng thường thích nghi cho anten 1H, hiệu so với kết trước đây, giải pháp mô theo nhiều kịch khác nhằm tìm đến kết tốt Với mơ hình mảng anten 1H tùy biến áp dụng với loại thuật tốn phương pháp tạo búp sóng thích nghi khác Griffiths, LCMV MVDR Tạo búp sóng tùy biến với cấu trúc mảng khác sở anten 1H kết hợp với điều khiển búp sóng qt theo hướng mong muốn xác định tia âm trực tiếp đến từ mục tiêu, búp sóng phụ búp khơng hướng vào góc có tia âm phản xạ lớn Việc phát định vị mục tiêu trở nên tin cậy kết hợp phương pháp đại phương pháp kinh điển, hạn chế giải pháp việc tính tốn tùy biến cấu trúc mảng điều khiển búp sóng để tìm độ lợi lớn làm nhiều thời gian tính tốn, vậy, ứng dụng thời gian thực cần tốc độ cao bất lợi 238 P H Minh, …, P T Thương, “Giải pháp tạo búp sóng tùy biến … thủy âm МГК-400ЭМ.” Nghiên cứu khoa học công nghệ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Hồng Minh, Phan Trọng Hanh, Vũ Văn Binh, Nguyễn Cơng Đại, “Một giải pháp cấu hình mạng cảm biến thủy âm hai chiều sở tạo búp sóng tùy biến”, Tạp chí KH&CN qn sự, số 54, 04-2018 [2] Cục Kỹ thuật Hải quân, “Hướng dẫn sử dụng tổ hợp sonar MGK-400EM, Phần Thuyết minh hoạt động ”, 2012 [3] http://roe.ru/catalog/voenno-morskoy-flot/korabelnye-radioelektronnyesistemy/mgk-400/#, “Catalog MGK-400EM tổ hợp thủy âm đại cho tàu ngầm”, 2020 [4] Yong Chen, Fang Wang, Jianwei Wan, Gang Li, “Convex Optimization Based Robust Adaptive Beamforming for Underwater Sensor Array” Signal Processing (ICSP), 2016 IEEE 13th International Conference [5] Harry L Van Trees, “Detection, Estimation, and Modulation Theory, Part IV - Optimum Array Processing”, John Wiley & Sons, Inc., New York, 2002 [6] FROST, O L “An algorithm for linearly constrained adaptive array processing” In Proceedings of IEEE, 1972, vol 60, no 8, p.926-934 [7] GRIFFITHS, L J., JIM, C W “An alternative approach to linearly constrained adaptive beamforming”, IEEE Transactions on Anntenas and Propagation, 1982, vol AP-30, p 27-34 ABSTRACT A SOLUTION TO CUSTOMIZE BEAMFORMING 3D CYLINDER HYDROPHONE ARRAYS BASED ON 1H ANTENNAS IN THE МГК-400ЭМ SONAR SYSTEM The paper proposes a new beamforming solution on cylindrical hydrophone array sensors, the model 1H antennas in the МГК-400ЭМ sonar system, based on creating a customized combined with the adaptive beamforming such as Frost, Griffiths or MVDR to improve the reception signal quality The activation of hydrophones in the sensor array will create arrays of different geometric structures, rotate the beams in the desired direction, create many sub-arrays with the receiver waves having high flexibility and reality filter signal space to improve the quality of detection target underwater location Keywords: Underwater sensor arrays; Beamformming; Frost; Griffiths; MVDR; МГК-400ЭМ Nhận ngày 18 tháng 02 năm 2020 Hoàn thiện ngày 23 tháng năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 28 tháng năm 2020 Địa chỉ: Viện Điện Tử - Viện Khoa học Cơng nghệ qn *Email: phanhongminh1979@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 239 ... cho N mảng tròn theo trục z từ véc tơ bước 1, búp sóng mảng trụ với tín hiệu đầu B(θ, ϕ ) Búp sóng mảng trụ: (1) (2) 228 P H Minh, …, P T Thương, ? ?Giải pháp tạo búp sóng tùy biến … thủy âm МГК-400ЭМ.”... học mảng trụ hệ tọa độ trụ Theo [1, 5] thực tạo búp sóng cho mảng trụ theo hai bước: Bước 1: Tạo búp sóng mảng trịn bán kính R với M phần tử Bcir(θ, ϕ ); Bước 2: Tạo búp sóng mảng thẳng lần cho. .. thước giống anten 1H tổ hợp sonar МГК-400ЭМ, nhiên, số lượng mảng trịn cảm biến hơn, góc nghiêng 12.4° anten 1H, điều khiển búp sóng quay theo trục z góc -12.4° Về hình dáng búp sóng mảng trụ phụ

Ngày đăng: 16/10/2020, 16:17

Hình ảnh liên quan

Tóm tắt: Bài báo đề xuất một giải pháp tạo búp sóng mới trên mô hình cảm biến mảng hydrophone dạng trụ tròn của an ten 1H trong tổ hợp sonar thủy âm  МГК-400ЭМ, trên cơ sở tạo búp sóng tùy biến kết hợp với phương pháp tạo búp sóng  thích  nghi  như  Frost - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

m.

tắt: Bài báo đề xuất một giải pháp tạo búp sóng mới trên mô hình cảm biến mảng hydrophone dạng trụ tròn của an ten 1H trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ, trên cơ sở tạo búp sóng tùy biến kết hợp với phương pháp tạo búp sóng thích nghi như Frost Xem tại trang 1 của tài liệu.
Hình 2. Cấu trúc hình học mảng trụ và hệ tọa độ trụ. - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Hình 2..

Cấu trúc hình học mảng trụ và hệ tọa độ trụ Xem tại trang 2 của tài liệu.
Mảng trụ tròn là mảng ba chiều, trong đó, các hydrophone được bố trí hình tròn bán kính R  trên một mặt phẳng ngang, các mảng tròn này được triển khai theo trục  dọc z thành mảng trụ tròn (hình 2) - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

ng.

trụ tròn là mảng ba chiều, trong đó, các hydrophone được bố trí hình tròn bán kính R trên một mặt phẳng ngang, các mảng tròn này được triển khai theo trục dọc z thành mảng trụ tròn (hình 2) Xem tại trang 2 của tài liệu.
Hình 3. Búp sóng mảng trụ tròn 5x36 phần tử. - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Hình 3..

Búp sóng mảng trụ tròn 5x36 phần tử Xem tại trang 3 của tài liệu.
Hình 4. Cấu trúc anten 1H và một số búp sóng chính. - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Hình 4..

Cấu trúc anten 1H và một số búp sóng chính Xem tại trang 4 của tài liệu.
Hình 5. Búp sóng mảng tròn 1x72 phần tử, R= 2m. - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Hình 5..

Búp sóng mảng tròn 1x72 phần tử, R= 2m Xem tại trang 4 của tài liệu.
Bảng 1. Độ rộng búp sóng tại chế độ hoạt động П2 và A3. - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Bảng 1..

Độ rộng búp sóng tại chế độ hoạt động П2 và A3 Xem tại trang 5 của tài liệu.
nhau theo phương ngang (hình 7). Trong các hệ thống sonar dưới nưới việc đồng thời quan sát nhiều mục tiêu là tối cần thiết, với giải pháp đưa ra ở đây là hợp lý  khi tùy biến tách mảng phẳng ra thành nhiều mảng nhỏ kết hợp với tính toán véc tơ  trọng số  - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

nhau.

theo phương ngang (hình 7). Trong các hệ thống sonar dưới nưới việc đồng thời quan sát nhiều mục tiêu là tối cần thiết, với giải pháp đưa ra ở đây là hợp lý khi tùy biến tách mảng phẳng ra thành nhiều mảng nhỏ kết hợp với tính toán véc tơ trọng số Xem tại trang 6 của tài liệu.
Hình 9. Lưu đồ thuật toán giải pháp tạo búp sóng tùy biến. - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Hình 9..

Lưu đồ thuật toán giải pháp tạo búp sóng tùy biến Xem tại trang 7 của tài liệu.
Với hình 9 có thể áp dụng các loại thuật toán tạo búp sóng thông thường hoặc thích nghi khác nhau sao cho phù hợp nhất với điều kiện thu thực tế - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

i.

hình 9 có thể áp dụng các loại thuật toán tạo búp sóng thông thường hoặc thích nghi khác nhau sao cho phù hợp nhất với điều kiện thu thực tế Xem tại trang 8 của tài liệu.
Hình 12. Tín hiệu hỗn hợp thu tại cảm biến bất kỳ. - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Hình 12..

Tín hiệu hỗn hợp thu tại cảm biến bất kỳ Xem tại trang 9 của tài liệu.
Mảng thường ULA gồm 12 phần tử cách đều nhau 0.1875m (hình 11a), thiết lập mảng  trụ  cong  tùy  biến  cấu  trúc  bởi  mảng  6x8  phần  tử  bố  trí  cách  đều  nhau  là  0.175m, mảng được kích hoạt theo cấu trúc 3x4 và 4x3 kiểu hình vuông cách đều  (Recta - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

ng.

thường ULA gồm 12 phần tử cách đều nhau 0.1875m (hình 11a), thiết lập mảng trụ cong tùy biến cấu trúc bởi mảng 6x8 phần tử bố trí cách đều nhau là 0.175m, mảng được kích hoạt theo cấu trúc 3x4 và 4x3 kiểu hình vuông cách đều (Recta Xem tại trang 9 của tài liệu.
Hình 14. Tín hiệu tạo búp sóng Delay and Time mảng tùy biến góc S1[-30 o,0o ]. - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Hình 14..

Tín hiệu tạo búp sóng Delay and Time mảng tùy biến góc S1[-30 o,0o ] Xem tại trang 10 của tài liệu.
Hình 15. Tín hiệu khi tạo búp sóng thích nghi Frost mảng ULA góc S1[-30 o,0o ]. - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Hình 15..

Tín hiệu khi tạo búp sóng thích nghi Frost mảng ULA góc S1[-30 o,0o ] Xem tại trang 10 của tài liệu.
Tạo búp sóng mảng tùy biến với cấu hình 4x3 kiểu tam giác triangular (hình 11c) với góc quay búp sóng chính theo hướng tín hiệu S 1  được hình 14 - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

o.

búp sóng mảng tùy biến với cấu hình 4x3 kiểu tam giác triangular (hình 11c) với góc quay búp sóng chính theo hướng tín hiệu S 1 được hình 14 Xem tại trang 11 của tài liệu.
Bảng 3. Độ lợi của mảng anten 1H tùy biến theo 3 góc tới của tín hiệu. - Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Bảng 3..

Độ lợi của mảng anten 1H tùy biến theo 3 góc tới của tín hiệu Xem tại trang 12 của tài liệu.

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan