Nghiên cứu nâng cao độ chính xác định vị của thiết bị sonar thụ động trên tàu

0 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN CÔNG TRÁNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỊNH VỊ CỦA THIẾT BỊ SONAR THỤ ĐỘNG TRÊN TÀU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN CÔNG TRÁNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỊNH VỊ CỦA THIẾT BỊ SONAR THỤ ĐỘNG TRÊN TÀU Chuyên ngành: Kỹ thuật Rađa – dẫn đƣờng Mã số: 52 02 04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Đại tá, TS Trần Văn Hùng Đại tá, TS Nguyễn Thanh Hùng Hà Nội – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu số liệu sử dụng luận án trung thực, chưa công bố cơng trình khác, liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Tác giả luận án Trần Công Tráng ii LỜI CẢM ƠN Tôi trân trọng cảm ơn tập thể giáo viên hướng dẫn, TS Trần Văn Hùng TS Nguyễn Thanh Hùng tận tình hướng dẫn, động viên tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian thực luận án Xin trân trọng cảm ơn đơn vị: Viện Rađa - Viện Khoa học Công nghệ Quân sự, phịng Xử lý tín hiệu - Viện Rađa, Khoa Thơng tin-Rađa – Học viện Hải qn, phịng Khí tài Đặc chủng - Viện Kỹ thuật Hải quân tạo điều kiện sở vật chất, thiết bị thí nghiệm, hỗ trợ thực luận án Tôi chân thành cảm ơn giáo viên Viện Rađa, Khoa Kỹ thuật Vô tuyến – Học viện Kỹ thuật Quân Sự, đồng chí Viện Rađa, Phịng Đào tạo Viện Khoa học Công nghệ Quân cho lời khuyên quý báu, điều kiện thực luận án tốt Tôi chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp Khoa Thông tin-Rađa – Học viện Hải quân, Phòng Kỹ thuật – BTL Vùng Hải quân đồng hành, nhiệt tình hỗ trợ, gia đình thân u ln tiếp thêm động lực cho tơi hồn thành luận án Nghiên cứu sinh iii MỤC LỤC Trang Mục lục iii Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt vi Danh mục bảng x Danh mục hình vẽ xi MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ SONAR THỤ ĐỘNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ MỤC TIÊU CỦA SONAR THỤ ĐỘNG TRÊN TÀU 1.1 Tình hình nghiên cứu nước quốc tế liên quan đề tài luận án 1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thực tiễn trang bị sonar Việt Nam 1.1.2 Một số nghiên cứu liên quan đến luận án nước 1.2 Đặc điểm lan truyền sóng âm tác động đến toán định vị sonar thụ động tàu ngầm 10 1.2.1 Sự lan truyền sóng âm nước biển 10 1.2.2 Mơ hình truyền âm nước biển 12 1.2.3 Sonar thụ động 14 1.2.4 Tín hiệu nhiễu âm sonar thụ động 15 1.3 Các phương pháp định vị mục tiêu sonar thụ động tàu 19 1.3.1 Phương pháp đo cự ly trực phương ngang HDPR 20 1.3.2 Phương pháp đo liên tiếp nhiều phương vị TMA 23 1.3.3 Phương pháp tam giác đạc 25 1.3.4 Đánh giá phương pháp định vị 29 1.4 Đặt toán điều kiện nghiên cứu 30 1.5 Kết luận chương 31 Chƣơng NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐO GÓC TỚI CỦA SONAR THỤ ĐỘNG TRÊN TÀU .33 2.1 Các phương pháp đo góc ứng dụng sonar thụ động .33 2.1.1 Phương pháp biên độ 33 2.1.2 Phương pháp so sánh pha 36 iv 2.1.3 Phương pháp đo hiệu thời gian đến 42 2.2 Mô hình mạng anten nhiều chấn tử 47 2.2.1 Mơ hình tín hiệu sonar thu từ mạng anten tuyến tính ULA 48 2.2.2 Mơ hình tín hiệu thu từ mạng anten đồng hình trịn UCA 52 2.3 Ước lượng góc tới nguồn sóng âm mạng anten nhiều chấn tử 53 2.3.1 Ước lượng góc tới thuật tốn CB 53 2.3.2 Ước lượng góc tới thuật tốn MVDR 58 2.3.3 Ước lượng góc tới thuật toán MUSIC 63 2.4 Kết luận chương 77 Chƣơng NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG THUẬT TỐN MUSIC NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO GÓC CỦA SONAR THỤ ĐỘNG TRÊN TÀU 79 3.1 So sánh đánh giá khả đo góc theo thuật tốn MUSIC với thuật tốn MVDR CB sử dụng mạng anten ULA .79 3.1.1 So sánh độ rộng búp sóng 80 3.1.2 So sánh tỉ số PPAR theo phụ thuộc vào SNR 83 3.1.3 So sánh khả xác định góc hình sonar 85 3.2 So sánh đánh giá khả đo góc theo thuật tốn MUSIC so với thuật toán MVDR CB sử dụng mạng anten UCA .85 3.2.1 So sánh độ rộng búp sóng 87 3.2.2 So sánh tỉ số PPAR theo phụ thuộc vào SNR 88 3.3 Đo thực nghiệm kiểm chứng khả áp dụng thuật tốn MUSIC .89 3.3.1 Mơ tả mơ hình thực nghiệm quy trình đo 89 3.3.2 Q trình xử lý tín hiệu Matlab 92 3.3.3 Kết đo thực nghiệm đánh giá 93 3.3.4 So sánh khả xác định góc xử lý tín hiệu đo 96 3.4 Ứng dụng mạng NLA thuật toán MUSIC 98 3.4.1 Cơ sở xây dựng cấu hình mạng NLA 98 3.4.2 Đánh giá phẩm chất mạng NLA 99 3.5 Sử dụng kỹ thuật làm mềm không gian thuật toán MUSIC 104 3.5.1 Cơ sở kỹ thuật làm mềm không gian 105 v 3.5.2 Đánh giá kỹ thuật làm mềm không gian mô 106 3.5.3 Nghiên cứu khả ứng dụng anten mạng NLA kết hợp kỹ thuật làm mềm không gian sonar thụ động tàu 110 3.6 Kết luận chương 112 KẾT LUẬN 114 Các kết luận án 114 Các đóng góp luận án: .115 Hướng phát triển tiếp theo: .115 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT a() vector hướng mạng anten thu A() ma trận hướng mạng anten thu ca vận tốc âm thanh, [m/s] cov(-) phép tính hiệp phương sai di mạng anten âm thứ i d[1, …, n] cấu hình mạng anten âm d khoảng cách, [m] f tần số, [Hz] H, h độ sâu, [m] I cường độ âm, [W/m2] k số sóng âm mod hàm lấy số dư n(t) ma trận nhiễu tạp p áp suất, [N/m2] P công suất, [W] PMUSIC phổ đáp ứng theo thuật toán MUSIC R, r bán kính, cự ly, [m] s độ mặn, [‰] s(t), x(t), n(t) nguồn tín hiệu, tín hiệu thu, nhiễu  nhiệt độ, [oC] t thời gian, [s] v vận tốc dao động phần tử, [m/s] V thể tích, [m3] Vc vận tốc tàu bắt đầu xâm thực khí, [Knot] Vn vận tốc tàu, [Knot] W() vector trọng số x(t) ma trận tín hiệu thu x, y,z tọa độ Đề-các  toán tử Laplace vii f độ rộng dải thông, [Hz] R,d, D sai số khoảng cách, sai số cự ly, [m] x,y, z sai số tọa độ, [m]  đường kính, [m]  góc nghiêng hình elip sai số, [độ]  giá trị riêng thứ i ma trận hiệp phương sai i góc pha, [độ]  bước sóng, [m]  góc, [độ]  mật độ chất lỏng, [kg/m3]  sai số trung bình bình phương dr sai số phép đo thời gian, khoảng cách, góc  độ trễ thời gian, [s]  tần số góc, [rad/s] C-BFM tạo búp sóng thơng thường (Conventional Beamforming) CRB đường biên Cramer-Rao (Cramer-Rao Bound) DI số định hướng (Directivity Index) DOA đo hướng sóng đến (Direction Of Arrival) DT ngưỡng phát (Detection Threshold) ESPRIT phép ước lượng dựa vào kỹ thuật vòng quay bất biến (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) FFT biến đổi Phu-ri-e nhanh (Fast Furier Transform) GMLE phương pháp ước lượng khả cực đại (Generalized Maximum Likelihood Estimator) HDPR đo cự ly thụ động trực phương ngang (Horizontal Direct Passive Ranging) MFP xử lý phối hợp theo trường (Matched Field Processing) MUSIC phân tích tín hiệu đa thành phần (Multiple Signal Classification) MVDR Phương pháp giảm thiểu công suất nhiễu tạp (Minimum Variance viii Distortionless Response) NCS nghiên cứu sinh NL mức nhiễu ồn từ môi trường (Noise Level) NLA mạng tuyến tính khơng đồng (Nonuniform Linear Array) OFDM kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) PD lệch pha (Phase Difference) PL mức lượng hao hụt lan truyền sóng (Propagation Loss) PPAR tỉ số đỉnh (Peak Per Average Ratio) RL mức nhiễu âm vang (Reverberation Level) RMS phép tính sai số bình phương trung bình (Root Mean Square) RMSE sai số bình phương trung bình (Root Mean Square Error) Root-MUSIC phương pháp MUSIC sử dụng giải nghiệm đa thức SL mức nguồn âm (Source Level) SNR tỉ số tín hiệu/tạp nhiễu (Signal-to-Noise Ratio) SODA sử dụng đường sở thứ cấp (Second Order Array) SONAR định vị thủy âm (Sound Navigation And Ranging) Spectrum-MUSIC: phương pháp MUSIC sử dụng phổ tín hiệu TDOA đo hiệu thời gian đến (Time Different of Arrival) TMA phân tích chuyển động mục tiêu (Target Motion Analysis) TS mức phản hồi âm (Target Strength) UCA mạng đồng hình trịn (Uniform Circle Array) ULA mạng tuyến tính đồng (Uniform Linear Ârray) URA mạng đồng hình tam giác (Uniform Rectangular Array) VDPR đo cự ly thụ động trực phương thẳng đứng (Vertical Direct Passive Ranging) WGN nhiễu cộng tạp trắng (Additive White Gaussian Noise) GROA Tỉ số khuếch đại tín hiệu đến (Gain Ratios Of Arrival) 113 tăng tốc độ xử lý theo thuật toán MfUSIC, đồng thời cho phép phân biệt góc tới nhiều tín hiệu khơng tương quan tín hiệu tương quan, khắc phục hạn chế mạng anten âm NLA Đề xuất sử dụng kết hợp mạng anten âm tuyến tính khơng đồng NLA kỹ thuật làm mềm khơng gian (thuật tốn Smoothing MUSIC) cho phép tăng độ xác đo góc tới, giảm khối lượng phần cứng, khắc phục tượng đo đa trị tăng tốc độ xử lý tín hiệu ứng dụng thuật toán MUSIC sonar thụ động tàu Như vậy, việc sử dụng mạng anten âm NLA kết hợp kỹ thuật làm mềm không gian tận dụng hai ưu tăng độ mạng anten âm NLA cho khả phân biệt tín hiệu tương quan thuật toán Smoothing MUSIC 114 KẾT LUẬN Các kết luận án - Đã nghiên cứu tổng quan định vị mục tiêu, phương pháp đo góc tới sonar thụ động ước lượng góc theo thuật tốn MUSIC Nghiên cứu sở toán học, đánh giá khả ứng dụng thuật tốn định vị đo góc tới áp dụng cho sonar thụ động tàu - Luận án lựa chọn giải pháp nâng cao độ xác đo góc tới để đạt mục tiêu nâng cao độ xác định vị cho đối tượng sonar thụ động đặt tàu Các phương pháp đo biên độ, đo pha, đo thời gian phương pháp đo góc kinh điển cho phép đo tức thời góc hướng nguồn tín hiệu, với thời gian tính tốn nhanh, nhiên cho phép đo góc tới nguồn tín hiệu đến Các thuật toán đại CB, MVDR, MUSIC cho phép xác định góc nhiều nguồn tín hiệu đến, bộc lộ hai nhược điểm lớn khối lượng tính tốn lớn khơng phát tín hiệu đến tương quan - Đã thực đo thực nghiệm phạm vi bể thủy âm Học viện Hải quân, viện Kỹ thuật Hải quân tín hiệu đơn sắc, bị ảnh hưởng nhiễu từ mơi trường phương pháp so sánh pha đo hiệu thời gian đến - Đã thực mô mạng anten âm ULA, mô xử lý tín hiệu đo thực nghiệm điều kiện mơi trường biển Vịnh Nha Trang với mạng anten âm UCA môi trường Matlab, nhằm so sánh khả đo góc theo thuật tốn MUSIC với thuật tốn CB, MVDR khẳng định ưu vượt trội thuật toán MUSIC với hai thuật toán xem xét - Luận án xây dựng cấu hình mạng anten âm tuyến tính không đồng NLA gồm hydrophone xử lý theo thuật tốn MUSIC cho phép nâng cao độ xác đo góc, giảm chi phí phần cứng giảm khối lượng tính tốn - Luận án đề xuất sử dụng kết hợp mạng anten âm tuyến tính khơng đồng NLA kỹ thuật làm mềm khơng gian (thuật tốn Smoothing MUSIC) cho phép giảm khối lượng tính tốn, đồng thời phát tín hiệu tương quan, với sai số ước lượng góc đạt yêu cầu đề chọn cấu hình phù hợp 115 Các kết nghiên cứu, đánh giá khẳng định việc áp dụng thuật tốn MUSIC giải mục đích tốn đề nâng cao độ xác ước lượng góc tới nhằm nâng cao độ xác định vị mục tiêu cho đối tượng sonar thụ động tàu Các đóng góp luận án: i Đề xuất cấu hình mạng anten NLA xử lý tín hiệu theo thuật toán MUSIC, kết hợp mạng anten âm tuyến tính khơng đồng NLA kỹ thuật làm mềm khơng gian cho phép nâng cao độ xác đo góc tới nguồn tín hiệu khơng tương quan tương quan ii Xây dựng mơ hình đo tín hiệu sonar bể thủy âm theo phương pháp so sánh pha, đo hiệu thời gian đến; đo xử lý tín hiệu theo thuật tốn MUSIC với cấu hình mạng anten hình quạt trịn phần tử cách điều kiện môi trường đo thực nghiệm cụ thể Đưa số đánh giá nhằm nâng cao độ xác định vị nguồn tín hiệu sonar thực tế Hƣớng phát triển tiếp theo: - Tiếp tục thử nghiệm môi trường biển thực tế, xử lý tín hiệu theo thuật tốn MUSIC với cấu hình mạng anten âm tuyến tính đồng ULA, mạng anten âm tuyến tính khơng đồng NLA mạng anten âm đồng hình trịn UCA với số lượng phần tử khác nhau; - Hồn thiện cấu hình mạng anten âm, tiến hành đo thực nghiệm kiểm chứng kết hợp mạng anten âm NLA với thuật toán Smoothing MUSIC dải tần số làm việc khác sonar thụ động điều kiện môi trường biển thực tế; - Nghiên cứu, thiết kế hệ thống áp dụng giải pháp đề xuất vào thực tế cải tiến, chế tạo đài sonar thụ động đặt tàu 116 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 1- Lương Văn Trình, Trần Văn Hùng, Trần Cơng Tráng, 2016, Thuật tốn định vị HYBRID TDOA-AOA mơ hình hệ thống đa thụ động với trạm thu động, Tạp chí Nghiên cứu KH&CNQS, Đặc san Rađa, 8/2016, tr.137-142 2- Trần Công Tráng, Nguyễn Thanh Hùng, Trần Văn Hùng, 2016, Nghiên cứu ứng dụng phương pháp so sánh hệ số tương phản sonar mạng kéo thụ động phát mục tiêu gây ồn thấp, Hội thảo Thông tin Định vị biển (ComNavi 2016), Đại học Bách khoa Hà Nội, 10/2016, tr 64-68 3- Đoàn Văn Sáng, Trần Quý Dân, Trần Công Tráng, Trần Văn Hùng, Nguyễn Thanh Hùng, 2017, Khảo sát sai số định vị mục tiêu sonar thụ động sử dụng phương pháp tam giác, Tạp chí Nghiên cứu KH&CNQS số 51, (10/2017), ISSN-1859-1043, tr 58-65 4- Tran Cong Trang, Doan Van Sang, Nguyen Van Linh, Nguyen Hoai Nhan, Nguyen Thanh Hung, 2017, An Experimental Measurement of Simple Chip AD8302 Implemented in SONAR Interferometer, Integrated Circuits, Design, and Verification (ICDV), 7th International Conference, IEEE Published, ISBN: 978-1-5386-3377-9, 5-6 Oct 2017, Hanoi, Vietnam 5- Sang Van Doan, Jiri Vesely, Trang Cong Tran, Thanh Chi Vu, Hung Thanh Nguyen, 2017, The Measurement of Long Baseline Interferometer, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật, , Số đặc biệt hệ thống giám sát đa, HVKTQS số 189 tháng 4-2018, ISSN- 1859 - 0209, tr 167-176 6- Trần Cơng Tráng, Đồn Văn Sáng, Nguyễn Thanh Hùng, Trần Văn Hùng, 2018, Ứng dụng thuật toán MUSIC nâng cao độ xác đo góc sonar thụ động, Tạp chí Nghiên cứu KH&CNQS số 56, tháng 8/2018, trang 105 - 114 7- Sang Van Doan, Trang Cong Tran, Van Duc Nguyen, DOA Estimation of Underwater Acoustic Signals By Using Non-uniform Linear Arrays, 4th EAI International Conference: INISCOM 2018, Da Nang Viet Nam 27 August 2018, ID 339568416, links: https://doi.org/10.1007/978-3-030-05873-9_9 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Bùi Văn Bàn, (1999), Về phương pháp trinh sát thủy âm áp dụng trang bị Hải quân Việt Nam giải pháp nâng cao hiệu chúng, luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, mã số 2.02.02, Học viện Kỹ thuật quân [2] Đỗ Việt Hà, (2017), Mô hình đặc tính kênh truyền cho thơng tin thủy âm vùng nước nông, LATS Kỹ thuật Viễn Thông, mã số 62.52.02.08, Đại học Bách khoa Hà Nội [3] Bạch Nhật Hồng, (2006), Báo cáo tổng kết KH&KT đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị liên lạc thủy âm, mã số KC.01.24, Bộ Khoa học Công nghệ [4] Vũ Hải Lăng, (2013), Báo cáo tổng hợp kết nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị liên lạc nước sử dụng cho đặc công nước, đặc công người nhái Quân chủng Hải quân, đề tài cấp Viện Khoa học Công nghệ quân [5] Nguyễn Xuân Long, (2017), Nghiên cứu thuật tốn xử lý trường phối hợp thích nghi cho sonar thụ động định vị mục tiêu ngầm vùng biển nước nông Việt Nam, LATS Kỹ thuật Điện tử, mã số 62.52.02.03, Viện Khoa học Công nghệ quân [6] Lê Minh Ngọc, (2015), Nghiên cứu giải pháp đảm bảo khả làm việc ổn định kênh liên lạc thủy âm, LATS Vật lý vô tuyến điện tử, mã số 62.44.01.05, Viện Khoa học Công nghệ quân [7] Trần Phú Ninh, (2018), Nghiên cứu xử lý tín hiệu sonar thụ động để nâng cao chất lượng phát mục tiêu ngầm điều kiện thủy văn phức tạp, LATS kỹ thuật đa – dẫn đường, mã số 62.52.02.04, Học viện Kỹ thuật quân [8] Nguyễn Văn Số, (2015), Báo cáo tổng hợp kết khoa học công nghệ đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố môi trường biển đến tầm hoạt động thiết bị thủy âm, mã số KC.09.04/11-15, Bộ Khoa học Công nghệ [9] Lưu Tuấn Sinh, (2007), Nghiên cứu nâng cao chất lượng xử lý phát mục tiêu cho mạng thu định vị phao thủy âm, LATS kỹ thuật điện tử, mã số 62.52.70.01, Học viện Kỹ thuật quân 118 [10] Hán Trọng Thanh, (2015), Nâng cao chất lượng xác định hướng sóng tới cho hệ thống vơ tuyến tìm phương sử dụng dàn ăng ten, LATS Kỹ thuật Viễn Thông, mã số 62.52.02.08, Đại học Bách khoa Hà Nội [11] Phạm Hồng Thuận, (2005), Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Nhà nước: Nghiên cứu đặc trưng trường sóng âm trường sóng nội vùng biển Việt Nam, mã số KC.09.18, Bộ KH&CN [12] Trần Công Tráng, Nguyễn Tiến Long, Trần Quý Dân, (2015), Thiết bị sonar Hải quân, Học viện Hải quân Tiếng Anh: [13] A.D Waite, (2003), Sonar for Practising Engineers, Third Edition, John Wiley & Sons Ltd, Washington [14] Ali Massoud, (2012), Direction of arrival estimation in passive sonar systems, Thesis Doctor of Philosophy in Electrical and Computer Engineering, Queen’s University, Kingston, Ontario, Canada [15] Altan Turgut, (Dec 30, 2008), Method and apparatus for passive acoustic ranging, US Patent number: 7471592 [16] B Friedlander, (January 1987), “A Passive Localization Algorithm and Its Accuracy Analysis,” IEEE J Oceanic Eng, vol.OE-12, pp 193-197 [17] B Friedlander, (2009), Classical and modern dirrection-of-arrival estimation, Boston: Academic, ISBN: 9780123745248 [18] B Shapo and R Bethel, (2000), "A novel passive broadband Bayesian detector/tracker," Proceedings of the 2000 IEEE Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop SAM 2000 (Cat No.00EX410), Cambridge, MA, USA, pp 92-96 [19] Bhaumik Barodia, (2017), “Performance Analysis of MUSIC Algorithm for DOA Estimation”, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), Vol.04, ISSN: 2395-0072, pp 1667-1670 [20] C El Kassis, J Picheral, and C Mokbel, (2009), “Advantages of nonuniform arrays using root MUSIC”, Signal Processing Elsevier, pp 689–695 119 [21] C Sintes, D Gueriot, R Garello and J M Nicolas, (2006), "An analysis between radar interferometry and sonar interferomer" 2nd International Conference ICTTA’06, Damascus, pp 1590-1595 [22] Charles H Sherman, John L Butler, (2016), Transducers and arrays for Underwater Sound, Springer, ISBN 978-3-319-39044-4 [23] Ding, C., P’ei, T., Salomaa, A (1996), “Chinese remainder theorem: applications in computing, coding, cryptography”, World Scientific, River Edge [24] Doan V S, Vesely J, Janu P (2015) “The measurement of TDOA short baseline”, In: International Conference on Military Technologies (ICMT) IEEE, pp.1-5 [25] Doan V S, Vesely J, Janu P, Hubacek P, Tran X L (2016), “Optimized Algorithm for Solving Phase Interferometer Ambiguity”, In: Proceeding of International Radar Symposium Krakow, Poland: IEEE, pp 1-6 [26] Doan V S., Vesely, J., Janu, P., Hubacek, P., Tran, X L (2016), “Algorithm for Obtaining High Accurate Phase Interferometer”, InL: Conference Radioelektronika, vol 26th, pp 433-437 [27] Domenico Ciuonzo, Peter K Willett, Yaakov Bar-Shalom, (2014), “Tracking the Tracker from its Passive Sonar ML-PDA Estimates”, IEEE Transactions on Aerospace and Eelectronic Systems Vol 50, No.1, pp 23-27 [28] Edward P Harvey Jr and Jack McGlnn, (Jun 2007), System and method for determining the location of an acoustic event, US patent number: 7471487 [29] El Kassic, C., Picheral, J., Mokbel, C., (2012), “Advantages of nonuniform arrays using rootMUSIC”, International Conference on Industrial Control and Electronics Engineering, pp 904-907 [30] Eva Kwizera, Elijah Mwangi and Dominic B.O Konditi, (2017), “Direction of Arrival Estimation Based on MUSIC Algorithm Using Uniform and NonUniform Linear Arrays”, Journal of Engineering Research and Application ISSN: 2248-9622, Vol 7, Issue 3, ( Part -2) March 2017, pp.51-58 120 [31] Evrim Anil Evirgen, (2016), A Comparative Study of Target Motion Analysis (TMA) Techniques for Target Classification and Identification, https://www.researchgate.net/publication/311304127 [32] G R Anupama, K E Nissar, S Gopi and V P Felix, (2012), "An optimum broadband detector for passive sonar," 2012 Annual IEEE India Conference (INDICON), Kochi, pp 724-729 [33] H Xu and H Feng, (2010), "Measurement of amplitude ratio and phase difference in the Ultra-Wideband microwave receiving system" 2nd International Conference on Advanced Computer Control, Shenyang China, pp.317-320 [34] H Zhang, F Zhang, M Chen, and H Fu, (2014), “Non-uniform linear sonar array based DOA estimation”, Proceedings of the 33rd Chinese Control Conference, pp 7240-7243 [35] Heyun Lin, Chaowei Yuan, Jianhe Du, and Zhongwei Hu, (2018), “Estimation of DOA for Noncircular Signals via Vandermonde Constrained Parallel Factor Analysis,” International Journal of Antennas and Propagation, Article ID 4612583, pp 9-11 [36] HODGES, P Richard, (2010), Underwater acoustic: analysis, design, and performance of sonar, Hoboken, NJ: J Wiley, ISBN 9780470688755 [37] Hou, Sheng-Yun & Chang, Shun-Hsyung & Hung, Hsien-Sen & Chen, Jiang-Yao, (2009), DSP-based implementation of a real-time DOA estimator for underwater acoustic sources, China, pp 31-35 [38] I M Amine and B Seddik, (2016), "2-D DOA estimation using MUSIC algorithm with uniform circular array," 4th IEEE International Colloquium on Information Science and Technology (CiSt), Tangier, pp 850-853 [39] J F Valente and J C Alves, (2016), "Real-time TDOA measurements of an underwater acoustic source," OCEANS 2016 MTS/IEEE Monterey, CA, pp 1-7 [40] J Luo, X Zhang, Z Wang and X Lai, (2017), "On the Accuracy of Passive Source Localization Using Acoustic Sensor Array Networks," in IEEE Sensors Journal, vol 17, No 6, pp 1795-1809 121 [41] J Vesely, L Drazan, P Hubacek, (2014), "Analytical solution of the Time Difference Of Arrival method with known target altitude," in Radar Symposium (IRS), 15th International , pp.1-4 [42] John Thomas Gebbie, (2014), Advances in Aquatic Target Localization with Passive Sonar, Thesis Doctor of Philosophy in Electrical and Computer Engineering, Portland State University [43] Jose M.F Moura, Isabel M.G Lourtie, (1993), Acoustic Signal Processing for Ocean Exploration, Springer Science+Business Media Dordrecht, ISBN 978-94-010-4699-2 [44] K H Hu, Jenny Chen, C H Kuo, Demi Lee, and K T Hsu, (2002), “Simple Amplitude and Phase Detector for Accelerator Instrumentation,” AIP Conference Proceedings, American Institute of Physics, vol 648, pp 523-530 [45] L Castellanos, J Aguilar and M Alvarado, (2016), "A LOFAR and beamforming implementation in a FPGA for a digital passive SONAR," 13th International Conference on Electrical Engineering, Computing Science and Automatic Control (CCE), Mexico City, pp 1-5 [46] L Xu, C Liu, W Yi, G Li and L Kong, (2017), "A particle filter based track-before-detect procedure for towed passive array sonar system," 2017 IEEE Radar Conference (RadarConf), Seattle, WA, pp 1460-1465 [47] Lee J H, Woo J M (2016), “Method for Obtaining Three- and Four-Element Array Spacing for Interferometer Direction-Finding System”, In: IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 15, pp 897-900 [48] Li, Y., He, X D., Tang, B., (2013), “A method for ambiguity solving based on rotary interferometer” In: 2013 International Conference on Communications, Circuits and Systems (ICCCAS), pp.152-155 [49] Ly, P Q C., Elton, S D., Gray, D A., Li, J., (2012), “Unambiguous AOA estimation using SODA interferometry for electronic surveillance”, In: Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop, IEEE, Hoboken pp 277-280 122 [50] M S Allahparast, S Allahparast and C Laschi, (2016), "An improved tracking algorithm for underwater vessels using the passive sonar," 2016 Indian Control Conference (ICC), Hyderabad, pp 426-431 [51] Michael A Ainslie, Principles of Sonar Performance Modeling, (2010), Springer–Praxis books in geophysical sciences, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-540-87661-8 [52] Nunes de Moura, Natanael & Simas Filho, Eduardo & de Seixas, Manoel (2009), Independent Component Analysis for Passive Sonar Signal Processing, Doi: 10.5772/39410 [53] P Q C Ly, S D Elton, D A Gray and J Li, (2012), "Unambiguous AOA estimation using SODA interferometry for electronic surveillance", Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop (SAM), 2012 IEEE 7th, Hoboken, NJ, pp 277-280 [54] Pooja Gupta, S.P Kar, (2017), “MUSIC and Improved MUSIC algorithm to Estimate Direction of Arrival”, IEEE ICCSP 2015 conference, pp 757-761 [55] Prabha C., (2013), Underwater target localization, tracking and classification, Ph.D Thesis in the field of Ocean Electronics, Cochin University of Science And Technology, India [56] Qihu Li, (2010), Digital Sonar Design in Underwater Acoustic, John Wiley & Sons Ltd [57] R J Pirkl, B A Yocom and J M Aughenbaugh, (2015), "Bayesian broadband passive sonar tracking," 18th International Conference on Information Fusion (Fusion), Washington, DC, pp 613-620 [58] R O Schmidt, (1983), “New mathematical tools in direction finding and spectral Analysis”, Proc.SPIE 27th Ann.Symp, San Diego California, pp 26-29 [59] R O Schmidt, (1981), Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation, PhD Dissertation, Stanford University, California [60] R O Schmidt (1986), “Multiple emitter location and signal parameter estimation”, IEEE Trans Antennas Propag., vol.AP-34, pp 276-280 123 [61] R Penno, K Pasala, S Schneider, (2001), "A novel multi-mode interferometer system”, Aerospace Conference IEEE Proceedings,pp.767- 778 [62] R W McMillan, (2002), “Angle-of-Arrival of a Radar Beam in Atmospheric Turbulence”, 2002 IEEE Radar Conference, pp 255-259 [63] Richard G Wiley, (2006), ELINT: The Interception and Analysis of Radar Signals, Artech House, Boston, MA, pp 131-148 [64] Robert J.Urick, (1978), Principles of Underwater Sound, Third Edition, McGrow-Hill Book Company [65] S Chandran, (2006), Advances in direction-of-arrival estimation, Boston: Artech House, ISBN 1596930047 [66] S Coraluppi, (2006), "Multistatic Sonar Localization," in IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol 31, no 4, pp 964-974 [67] Sergio Rui Silva, (2009), Advances in Sonar Technology, I-Tech Education and Publishing KG, Vienna, Austria ISBN 978-3-902613-48-6 [68] Serap Cekli, Hakan Ali Cirpan, (2009), “Near Field Broadband Acoustic Source Localization with Observation Delay Compensated MUSIC Algorithm” Signal Processing and Communications Applications Conference, SIU 2009 IEEE 17th, Antalya, Turkey [69] Talmon Alexandri and Roee Diamant, (2016), “A Reverse Bearings Only Target Motion Analysis (BO-TMA) for Improving AUV Navigation Accuracy”, 13th Workshop on Positioning, Navigation and Communications [70] Tran, X L., Vesely, J., Hubacek, P., Doan, S V., (2017), “DOA Estimation with Different NLA Configurations” In: The 18th International Radar Symposium IRS 2017, Prague, Czech Republic [71] Van Trees H L., (2002), Optimum Array Processing, Part IV of Detection, Estimation and Modulation Theory, John Wiley & Sons [72] Venu Madhava M, Jagadeesha S N, and Yerriswamy T, (2015), “A Comparative Study of DOA Estimation Algorithms with Application to Tracking Using Kalman Filter”, Signal & Image Processing: An International Journal (SIPIJ), Vol.6, No.6 December 2015 124 [73] Y Xu, W Dandan and F Hua, (2014), "Underwater acoustic source localization method based on TDOA with particle filtering," The 26th Chinese Control and Decision Conference (2014 CCDC), Changsha, pp 4634-4637 [74] Z Chan, G Gokeda and Y YU, (2010), Introduction to direction-of-arrival estimation, Boston: Artech House, ISBN 9781596930896 Tiếng Nga: [75] Буй Чыонг Занг, Методы (2014), обработки сигналов для стационарной системы, работающей в режиме шумопеленгованияи согласованной с каналом распространения и характеристиками полей сигнала и помехи, Научный руководитель, Доктор технических наук, Доцент, Селезнев Игорь Александрович, Санкт-Петербург [76] B.A Кравченко, (2003), морская радиоэлектроника: краткий справочник, Политехника Санкт-Петербург, ISBN: 5732506152 [77] Г.В Лоскумова и К.И Полканов, (2007), Пространственно-частотные и частотно- волновые методы описания и обработки гидроакустических полей, Санкт-Петербург НАУКА [78] М.Андреев, В.Клюшин, В Корнеева, С.Охрименко, В.Малышев, (№112012), Использование интегрированного гидроакустического вооружения надвод-ных кораблей в различных условиях Морской сборник, c.54-57 [79] Нгуен Ван Шо, (2012), Разработка и исследование конечноэлементных методов моделирования акустоэлектронных компонент на поверхностных волнах Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург [80] Ю.Белецкий, (2007), Контрастное обнаружение сигналов на фоне помех с априори неизвестными характеристиками Киев: “Оранта” [81] Ю.Корякин, С.Смирнов, Г.Яковлев, (2005), Корабельная гидроакустическая техника: состояние и актуальные проблемы, Санкт-Петербург: “Наука” I PHỤ LỤC Phụ lục Tham số kỹ thuật máy sóng số Hantek 6254BC Kiểu loại: Hantek 6254BC Băng thông: 250 MHz Số kênh đo: kênh Tần số lấy mẫu theo thời gian thực: 1GSa/s Bộ nhớ: 64K Độ xác thời gian: ±50ppm Thang thời gian: 2ns/div ÷ 1000s/div (1-2-4 kênh) Trở kháng đầu vào: 1MΩ 25pF Độ nhạy đầu vào: 2mV/div ~ 10V/div Khả phân giải theo chiều đứng: Bit Phạm vi thay đổi theo chiều đứng: mV ~ 10V/div Độ xác DC đạt được: ± 3% Giới hạn dải thơng: 20 MHz Chế độ kích hoạt: Edge, Pulse, Video, Alternative Nguồn Trigger: CH1, CH2, CH3,CH4 Dạng sóng tín hiệu: +, -, x, ÷, FFT, Invert Điểm dấu đo: Cross, vệt dấu, ngang, dọc Vpp, Vamp, Vmax, Vmin, Vtop, Vmid, Tự động đo: Vbase, Vavg, Vrms, Vcrms, f, t, sườn lên, sườn xuống, độ rộng xung, chu kỳ xung Cổng giao tiếp: cổng BNC, cổng USB Xuất xứ: Hantek China II Phụ lục Tham số kỹ thuật máy phát sóng âm tần AN / URM-127 Kiểu loại: AN / URM 127 Dạng tín hiệu phát: sóng sin Dải tần phát: 20 Hz đến 20 kHz Điện áp ra: 10 V đến 10 V Trở kháng ra: k Kiểu kết nối: BNC Nguồn cung cấp: 110 V Xuất xứ: USA Phụ lục Tham số kỹ thuật hydrophone Aquarian H2a Kiểu loại: H2a Độ nhạy âm: -180 dB re: 1V/Pa (± dB 20 Hz ÷ kHz) Dải tần làm việc: < 10 Hz ÷ > 100 kHz (@100 kHz = -220 dB re: 1V/Pa) Công suất: 0.3 mA Trở kháng ra: k Kiểu kết nối: BNC Độ sâu công tác: đến 80 m Trọng lượng: 0.105 kg Xuất xứ: Aquarian USA III Phụ lục Tham số kỹ thuật tranducer B&K 8104 Kiểu loại: B&K 8104 Độ nhạy âm: - 205 dB re: 1V/Pa (± dB) Độ nhạy điện áp: 56 V/Pa ± 15 V (độ nhạy điện áp nhiệt độ 20oC) Dải tần làm việc: 0,1 Hz ÷ > 120 kHz (@100 kHz = -220 dB re: 1V/Pa) Đáp ứng tần số: 0,1 Hz ÷ 10 kHz: ± 1,5 dB); 0,1 Hz ÷ 80 kHz: 4.0 dB; 0,1 Hz ÷ 120 kHz: +4/12.0 dB (re 250 Hz) Điện dung: 7800 pF với cáp tích hợp Điện trở cách điện: > 2500 M Trở kháng ra: < 30  Công suất max: 50 mW Kiểu kết nối: BNC Độ sâu công tác: max 400 m Trọng lượng: 1,6 kg bao gồm cáp 10 m Xuất xứ: Brüel & Kjær Demark ... chung sonar thụ động, định vị mục tiêu đặt toán đo góc góc tới để nâng cao độ xác định vị cho sonar thụ động tàu ngầm Chƣơng Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật đo góc tới sonar thụ động tàu: Nghiên cứu. .. đo góc tới nguồn tín hiệu cho sonar thụ động tàu nhằm đạt mục đích nâng cao độ xác định vị mục tiêu cho thiết bị sonar thụ động đặt tàu - Nghiên cứu khả nâng cao độ xác đo góc tới thuật toán MUSIC... DOA nhằm nâng cao độ xác định vị mục tiêu sonar, đặt toán điều kiện nghiên cứu sau: 31 Bài toán định vị mục tiêu sonar thụ động tàu tiến hành nghiên cứu với giả thiết sonar thụ động kết thúc