Thiết kế phần cứng hệ thống sensor sonar chủ động lă một yếu tố quyết định để AUV thănh công trong việc xâc định khoảng câch đến câc vật cản, hệ thống bắt buộc phải có khả năng truyền thông tin chính xâc tới CPU vă ngược lại.
Mặc dù câc hệ thống sonar tạo ảnh đê thích hợp cho nhiệm vụ năy nhưng do giâ thănh quâ cao nín sensor sonar vẫn được sử dụng, đđy cũng lă mục tiíu nghiín cứu trong đồ ân năy. Một hệ thống sensor sonar chủ động sử dụng cho AUV bao gồm bốn khối đo tiếng vọng riíng, ba khối hướng về ô cửa, mạn thuyền, phía mũi tău vă một khối hướng về phía dưới đây để đo độ sđu. Sơ đồ mây đo tiếng vọng kiểu cũ như hình 3.22
Hình 3.22: Sơ đồ nguyín lý mây thu phât siíu đm
Mây đo tiếng vọng được thiết kế như trín hình 3.22 chưa hoăn thiện để đo tiếng vọng vì nguồn cấp cho Transitor ≤ 9V, điện âp năy không thể phđn bậc trước khi phât, hệ thống không thể lăm việc với dải nhỏ hơn 1m, do đó không đủ độ nhạy cho mây thu khi hệ thống hoạt động dưới nước. Mây thu lă một mạch rất cơ bản với câc thănh phần:
- Mạch khuếch đại
- Một bộ tâch sóng đường bao gồm bộ chỉnh lưu đi theo bộ loc thông thấp
- Bộ so sânh đặt phía cuối chỉ để đặt ngưỡng logic tín hiệu
Một nhược điểm nữa của hệ thống năy lă khó giao tiếp với CPU,
mạch có quâ nhiều linh kiện rời gđy ra giảm tỉ lệ tín/tạp, giảm xâc suất phât hiện tín hiệu. Câc hạn chế của mây đo tiếng vọng kiểu cũ :
- Độ sai lệch tới 10 cm, không thể phât hiện ở những dải ≤ 5 cm theo yíu cầu của AUV.
- Tốc độ bit thấp : 1 Hz, không thể dự đoân được những địa hình trong thực tế có độ dốc lớn, dẫn tới việc cập nhật dữ liệu không chính xâc
- Không lập trình được vì chỉ có phím On/Off - Không có câc cổng giao tiếp với CPU.
- Có quâ nhiều thănh phần (linh kiện) mă sẽ gđy ra giảm tỷ lệ tín trín tạp của hệ thống, giảm xâc suất phât hiện trường vọng
Từ câc lý do trín, đồ ân đưa ra yíu cầu phải thiết kế mô hình mây đo tiếng vọng kiểu mới, đâp ứng câc yíu cầu nhiệm vụ của AUV.
3.5.3 Lựa chọn thiết kế mới
a) Phđn tích
Cần phải lựa chọn thiết kế bảng mạch mới cho mây đo tiếng vọng để thực hiện tốt câc chức năng vă câc mục đích của AUV. Câc ý tưởng thiết kế như sau:
- AUV cần hoạt động hoăn toăn bằng nguồn pin.
- Số lượng sensor: đđy lă một nhđn tố quan trọng để giải quyết việc thiết kế hệ thống. Cần phải lựa chọn một hoặc hai sensor cho mây đo tiếng vọng. Ưu điểm chủ yếu của hệ thống hai sensor lă tần số cộng hưởng của sensor phât vă sensor thu phù hợp với tần số cộng hưởng vă tần số suy hao, tương ứng với phần thu vă phần phât của mây đo tiếng vọng.
Tuy nhiín, hệ thống như thế có giâ thănh quâ đắt vă phương ân được lựa chọn sử dụng một sensor. Nếu một sensor hoạt động ở hai tần số thu vă phât sẽ hạn chế cho công suất phât xạ vă mức thu, kết hợp tần số không kết hợp được chính xâc. Hình 3.22
Hình 3.23: Đặc tuyến tần số cộng hưởng vă suy hao khi thu vă phât của mây dùng một Sensor
- Lựa chon sensor:
Có rất nhiều loại sensor có trín thị trường, giâ thănh vă chất lượng khâc nhau, giâ căng cao thì chất lượng căng tốt, vì thế việc chọn sensor phải cđn đối với ứng dụng của sensor. Với sensor giâ thấp nhất vẫn có thể đâp ứng những yíu cầu cho hệ thống sonar thuỷ đm. Ứng dụng đo tiếng vọng yíu cầu hiệu quả truyền vă phât hiện được đm thanh trong nước, khoảng đo cho mây đo tiếng vọng lă 10 cm. Nhđn tố nữa để lựa chọn loại sensor lă công suất tiíu thụ của sensor vă mây đo tiếng vọng. Khi chọn sensor có công suất ra nhỏ sẽ hạn chế cự ly hoạt động của mây đo tiếng vọng, pingle đm thanh công suất nhỏ hơn nín mây đo tiếng vọng sẽ có dải đo giảm xuống.
Sensor có giâ thănh cao hơn chỉ nhẹ hơn về đặc điểm vật lý, được lắp đặt trín bộ dò tìm câ vă câc mây đo độ sđu tău thuyền. Thực chất sensor giâ thănh thấp hơn vẫn có khả năng hoăn thănh nhiệm vụ vă tiíu thụ công suất nhỏ.