DFmax = N , d (n=1, 2, …)
Đối với các giá trị khác của khoảng cách giữa phần tử, MDI không thu đƣợc với sự kích thích đồng bộ. Có rất ít sự khác biệt giữa MDI và các chỉ số định hƣớng do kích thích đồng bộ cho bƣớc phần tử lớn hơn một nửa chiều dài sóng. Tuy nhiên, cho
GVHD:PGS.TS Nguyễn Thúy Anh SVTH:Đoàn Khánh Linh71
, có thể có một sự cải thiện đáng kể trong chỉ số định hƣớng đi từ kích thích đồng bộ đến MDI kích thích. Các mô hình chùm do sau này đƣợc gọi là siêu định hƣớng và nhận đƣợc tại các tổn hao của yêu cầu kích thích dịch pha và một phạm vi tƣơng đối lớn của biên độ. Những biên độ phải đƣợc kiểm soát với độ chính xác cực để đạt đƣợc mức tăng không gian dự đoán, và ngoài ra, các khoảng cách phần tử và tần số hoạt động phải đƣợc kiểm soát chính xác đến mức độ nhƣ nhau. Một số ứng dụng có thể yêu cầu loại đặc biệt của mô hình định hƣớng, chẳng hạn nhƣ một mô hình khác biệt. Trong khi đó, mô hình tổng thể hiện thậm chí đối xứng về một dòng đã kéo vuông góc với khẩu độ tại trung điểm của nó, các mô hình khác biệt thể hiện đối xứng lẻ về các trục tƣơng tự. Một so sánh đƣợc thể hiện trong hình 11 cho một nguồn dòng. Một mô hình tổng hợp thƣờng sẽ có một búp lớn theo hƣớng trục chính trong khi một mô hình khác biệt có hai búp tƣơng đƣơng với một null trong hƣớng của trục chính.Sự tổ hợp của tổng và sự khác biệt mẫu đƣợc sử dụng trong các hệ thống sonar (và radar) để cải thiện độ chính xác của phép đo định hƣớng. Các tín hiệu lỗi thu đƣợc chủ yếu đƣợc xác định bởi độ dốc của các mô hình khác biệt trong các vùng lân cận của trạm gốc. Để tăng cƣờng sự nhạy cảm với những thay đổi nhỏ trong góc, nó là cần thiết rằng độ dốc càng dốc càng tốt. Đối với các mẫu tổng hợp, các tính chất ảnh hƣởng đến là chỉ số định hƣớng, độ rộng chùm tia và búp phụ. Đối với các mẫu khác nhau, độ dốc và mức độ búp phụ là quan trọng để xác định độ nhạy góc. Nếu các búp sóng phụ là quá lớn, chỉ số sai về hƣớng mục tiêu có thể dẫn đến sự hiện diện của nhiều mục tiêu. Thuyết[52] cho thấy một pha không đổi (trừ một sự đảo ngƣợc ° giai đoạn 180) hàm kích thích tuyến tính đƣa đến một mô hình có độ dốc tối đa. Các mô hình độ dốc tối đa có thể không phải là mô hình quan tâm nhất để sử dụng vì mức độ búp phụ là khá cao. Do đó, một sự thỏa hiệp phải đƣợc thực hiện giữa dốc và phía mức búp sóng cho độ nhạy lỗi góc.Nếu các phần tử của một dãy tuyến tính là khoảng cách đồng bộ, sau đó mức độ búp phụ và độ rộng chùm tia có thể đƣợc kiểm soát bằng cách thay đổi kích thích phần tử. Một kết quả chung của dãy không gian đồng bộ là mức độ búp phụ có
GVHD:PGS.TS Nguyễn Thúy Anh SVTH:Đoàn Khánh Linh72
thể đƣợc giảm bằng cách giảm khẩu độ kích thích đối với những cực của dãy. Mức giảm này đƣợc lấy tại các vùng tự do của độ rộng chùm dãy.Nếu các phần tử đƣợc bất đồng bộ khoảng cách, dãy sẽ đƣợc đặc trƣng bởi tần số không gian mà không liên quan bởi số nguyên. Một dãy không đều cách nhau có nhiều đặc tính thú vị [53], [54], [55]. Ví dụ, có một sự tƣơng đƣơng giữa biên độ hình nón của một dãy không gian đồng bộ và biến không gian trong một dãy không gian bất đồng bộ. Do đó, khoảng cách giữa các phần tử không đồng dạng có thể đƣợc sử dụng để làm giảm các búp sóng phụ, tăng độ lợi xử lý không gian.Sử dụng phƣơng pháp ánh xạ nhiễu có thể làm giảm mức độ búp sóng khoảng 2/N lần búp sóng chính, trong đó N là số phần tử dãy. Để đạt đƣợc mức giảm này ngụ ý giữ lại kích thích đồng bộ. Một phân tích ánh xạ nhiễu có thể đƣợc thực hiện để chỉ ra những thay đổi phi tuyến nhỏ ở khoảng cách phần tử. Tuy nhiên, các tính chất hữu ích của bất đồng bộ dãy không gian đều nhau phụ thuộc phi tuyến lớn trong các không gian phần tử. Một phƣơng pháp gần đúng để làm một phân tích về dãy này có thể đạt đƣợc bằng cách biểu diễn nó với một dãy tƣơng đƣơng đồng nhất cách nhau thông qua các kỹ thuật lấy mẫu không gian.
1.7.4 Sự tăng ích phần tử
Sự tăng ích phần tử là một biện pháp xử lý không gian thu có ý nghĩa vận hành cao hơn so với chỉ số định hƣớng [60]. Điều này đƣợc thể hiện trong các điều kiện của các cấu trúc tƣơng quan không gian-thời gian trong các lĩnh vực tín hiệu và nhiễu [61], do đó đại diện cho sự linh động của các nền tảng sonar, phƣơng thức truyền tải và những ảnh hƣởng của ống nghe định hƣớng thủy âm. Sự tăng ích phần tử đƣợc xây dựng dựa trên công thức sau:
Tăng ích phần tử = ∑ ∑
∑ ∑ (4)
GVHD:PGS.TS Nguyễn Thúy Anh SVTH:Đoàn Khánh Linh73
tín hiệu tƣơng quan giữa (i, j)th nguyên tố Nhiễu tƣơng quan giữa (i, j)th nguyên tố N tổng số nguyên tố phần tử
Rõ ràng, các lớp tín hiệu rất quan trọng để đánh giá sự tăng ích phần tử vì nó thiết lập cho dù việc xây dựng và đo đạc các tín hiệu và nhiễu tƣơng quan lien nguyên tố nên đƣợc thực hiện trên cơ sở năng lƣợng hoặc điện. Điều thú vị là ở biển, mức tín hiệu phát hiện tối thiểu đƣợc đo bằng cách tạo một tiếng vang mô phỏng vào nhận với một điều kiện cụ thể của lãi suất và xác định mức độ tín hiệu yếu nhất bị phát hiện bởi các nhà điều hành sonar. Vì vậy, trong thực tế, các tính toán hệ số phẩm chất cho các hệ thống sonar phản ánh sự tăng dãy, đƣợc thiết lập bởi các vùng tín hiệu và nhiễu hiện có, và không phải là chỉ số định hƣớng. Đối với một lĩnh vực hoàn toàn đồng nhất tƣơng quan tín hiệu và không tƣơng quan, đồng bộ, lĩnh vực nhiễu, tăng ích phần tử giảm đến giá trị chỉ số định hƣớng.
1.7.5 Hệ số tƣơng quan không gian – thời gian
Khả năng của một dãy để phân biệt chống lại sóng phẳng đƣợc xác định bởi sự gắn kết của những sóng tại các điểm khác nhau trên dãy. Điều này ngụ ý rằng mô tả hàm tƣơng quan sẽ là một biện pháp có ý nghĩa nhƣ thế nào xa các phần tử ống nghe thủy âm có thể đƣợc và vẫn giữ giai đoạn gắn kết của các tín hiệu và cũng là của sự gắn kết giới thiệu trong các vùng nhiễu bởi khoảng cách phần tử. Nếu tình trạng kiến thức là giá trị của các áp suất tại hai điểm tùy ý (X1) và (X2) và thời gian tức thời (t1) và (t2), sau đó sự gắn kết có thể đƣợc mô tả bởi trung bình các sản phẩm của những áp lực hoặc thời gian, thống kê, hay không gian.
Trong trƣờng hợp thời gian trung bình, các đại diện đƣợc gọi là không-thời gian hàm tƣơng quan f (Xi, ti; Xt, k) và đƣợc thể hiện nhƣ [62]
GVHD:PGS.TS Nguyễn Thúy Anh SVTH:Đoàn Khánh Linh74
nơi khung góc dùng để chỉ một thời gian trung bình. trung bình thống kê tƣơng ứng với các trạng thái khác nhau có thể có của các phƣơng tiện. Nếu sóng áp lực là ergodic, thời gian trung bình và năng suất trung bình thống kê kết quả giống nhau, chỉ tùy thuộc vào thời gian khác nhau .Đối với một quá trình không gian đồng nhất, các hàm tƣơng quan không gian-thời gian chỉ phụ thuộc vào sự khác biệt phối hợp x = X2 – X1, y = Y2 – Y1, z = Z2 – Z1. Nhƣ vậy, đối với một quá trình dừng và không gian đồng nhất:
X2 – X1, ) = 〈 〉
và sẽ mang lại kết quả tƣơng đƣơng nếu trung bình trong không gian. Khi khoảng cách giữa các điểm và sự khác biệt giữa thời gian khoảnh tăng, hàm tƣơng quan giảm.
Đối với một trƣờng nhiễu đẳng hƣớng, "làm trắng" và dải giới hạn trong một octave, hàm tƣơng quan không gian-thời gianzero-lag cho một dãy song song tuyến tính với trục x
GVHD:PGS.TS Nguyễn Thúy Anh SVTH:Đoàn Khánh Linh75
Tại đó (x) là khoảng cách của các bƣớc sóng, và St (x) biểu thị tích phân hàm Sin. Hình 1.12 cho thấy một biểu đồ của là một hàm tách biệt trong các bƣớc sóng ở tần số cắt thấp. đánh giá bằng số chỉ ra rằng mối tƣơng quan về cơ bản bằng 0 khi (x) lớn hơn 0,348. Nó có thể đƣợc khái quát rằng các phần tử định hƣớng hiệu quả cho nhiễu đồng bộ cho một bộ A7 nhận phần tử sắp xếp tùy ý trong không gian là N, với điều kiện là khoảng cách giữa các nguyên tố lân cận là bằng hoặc lớn hơn một nửa bƣớc sóng ở tần số trung bình hình học của băng. Điều này đã đƣợc đƣa ra trƣớc đó đối với trƣờng hợp cụ thể của một dãy tuyến tính.
1.7.5 Bộ thu băng rộng
Khi các chỉ số định hƣớng của một dãy đã đƣợc tối đa ở một tần số duy nhất, cố gắng để vận hành dãy trong truyền tín hiệu băng thông hữu hạn hoặc trong tiếp nhận với nhiễu nền băng thông hữu hạn có thể làm giảm nghiêm trọng DI. Các bóng biên độ cần thiết để tối đa hóa các chỉ số định hƣớng trong tiếp nhận đối với bất kỳ phổ có thể đƣợc xác định bằng cách xem xét các hàm không gian tƣơng quan của trƣờng nhiễu. Tối đa hóa các đáp ứng nhận của một dãy gần nhƣ phụ thuộc hoàn toàn vào những tƣơng quan nhiễu và đòi hỏi phải lựa mà bóng đó sẽ hủy bỏ các phần mạch lạc của nhiễu nhận bởi các phần tử khác nhau càng nhiều càng tốt. Nhƣ đã nói trƣớc đây, nếu khoảng cách đủ rộng để có chút nhiễu phù hợp, ít có thể đƣợc thực hiện để tối đa hóa các chỉ số định hƣớng bằng cách sử dụng bóng không đồng dạng.
Bằng cách áp dụng các phƣơng pháp của nhân Lagrange, Faran và Hills [Go] đã sử dụng các không gian hàm nhiễu tƣơng quan để tối đa hóa các chỉ số định hƣớng. Họ đã cho thấy rằng DI của một dãy tuyến tính bức xạ ngang tối đa cho hoạt động tại một băng thông hữu hạn là ít hơn so với MDI hoạt động ở một tần số duy nhất nhƣng là lớn hơn nhiều so với DI nhận ra bv sử dụng thiết kế tần số duy nhất ở băng thông hữu hạn.
GVHD:PGS.TS Nguyễn Thúy Anh SVTH:Đoàn Khánh Linh76
Sự hiện diện của tự nhiễu trong các phần tử cá nhân của một dãy hoặc tiền khuếch đại của họ có thể làm giảm nghiêm trọng tăng hiệu quả của dãy thiết kế cho các chỉ số định hƣớng tối đa. sự xuống cấp hiệu suất này đặc biệt tăng cƣờng nếu các bóng biên độ của bất kỳ của các phần tử lớn hơn đáng kể so với giá trị tổng thể cần thiết cho bóng thống nhất. Tình trạng này có thể đƣợc cải thiện đáng kể bằng cách thiết kế các dãy cho tăng hiệu quả tối đa trong sự hiện diện của tự nhiễu.
Một vấn đề quan tâm đặc biệt là khả năng để mô tả các thông tin trong một tín hiệu điều chế. Đối với một dãy tuyến tính của các phần tử điểm rời rạc, nếu khoảng cách giữa các nguyên tố nhỏ hơn bƣớc sóng điều chế, sau đó các tính chất định hƣớng của dãy sẽ không đƣợc giảm đáng kể. Một đơn đặt hàng của các cƣờng độ cho các bƣớc sóng điều chế ( ) là sản phẩm của các vận tốc của âm thanh (c) trong trung và thời gian điều chế (1 / điều chế băng thông = F); . Nếu hạn chế này vào khoảng cách giữa các phần tử đƣợc đáp ứng, sau đó mức độ của các đáp ứng bình vuông bình thƣờng cho một tín hiệu điều chế sẽ đƣợc gần đó cho một tín hiệu của một tần số duy nhất trong băng. Khi bƣớc sóng điều chế ít hơn nhiều hơn so với khoảng cách giữa các phần tử, nó thuận tiện để xác định đáp ứng nhƣ là một hàm của thời gian và góc. Đối với một dãy tuyến tính tại mạn tàu, đáp ứng nhƣ một hàm của thời gian sẽ bao gồm một tín hiệu duy nhất có hình dạng tƣơng tự, nhƣng biên độ lớn hơn, hơn là nhận đƣợc mỗi phần tử. Khi mang ra khỏi MRA đƣợc tăng lên, các độ rộng tia sẽ tăng và gây ra các đáp ứng để đƣợc trải qua một thời gian dài. Do sự giao thoa giữa các tín hiệu từ các phần tử riêng biệt, đáp ứng biên độ sẽ đƣợc giảm tƣơng đối với thời mạn tàu. Sự gia tăng hơn nữa trong góc phƣơng vị sẽ giảm thiểu sự can thiệp kết quả trong một thời gian đáp ứng bao gồm một loạt các tín hiệu tƣơng ứng cho mỗi phần tử. Khi điều này xảy ra, việc tăng định hƣớng sẽ làm tăng khoảng cách giữa các tín hiệu độc lập và do đó lây lan các đáp ứng trong một thời gian dài. Hơn nữa, tất cả các mức biên độ của các đáp ứng sẽ vẫn cố định.
GVHD:PGS.TS Nguyễn Thúy Anh SVTH:Đoàn Khánh Linh77
1.8 Beamforming số
Những ƣu điểm của một beamformer số so với một beamformer tƣơng tự Đơn giản hoá việc xử lý dữ liệu
Ít kích thƣớc và trọng lƣợng
Hình thành của nhiều chùm tia đồng thời với tăng tối thiểu trong phức tạp phần cứng
Hiệu ứng bất lợi của phần tử nhiễu đƣợc giảm thiểu Biên độ và pha các trọng độc lập với tần số
Các thuật toán tạo chùm sóng có thể đƣợc thực hiện trongphần mềm đặc biệt mục đích các máy tính mini.
Một mô hình beamformer điển hình là mỗi đầu ra ống nghe thủy âm đƣợc truyền đến một bộ khuếch đại AGC tiếp theo là một công cụ chuyển đổi A/D, mà đầu ra là thời gian lấy mẫu và trễ, biên độ trọng số, và tổng hợp với kết quả đầu ra ống nghe thủy âm xử lý tƣơng tự khác để tạo thành chùm. Các bộ khuếch đại AGC là cần thiết để nén dải động và chuẩn hóa, làm giảm các hạn chế hoạt động trên bộ chuyển đổi A/D. Các A/D chuyển đổi hay lƣợng tử biến đổi thông tin tƣơng tự để thông tin số hoặc các số nhị phân. Hiệu quả của lƣợng tử phụ thuộc vào số lƣợng các mức lƣợng tử hóa, kích thƣớc bƣớc, và đầu vào tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, cũng nhƣ phạm vi hoạt động, biến động nền và độ chính xác chuyển đổi. Việc chậm trễ thời gian tƣơng ứng với việc trì hoãn toàn bộ số nhị phân; các phần tử thời gian chậm trễ thƣờng thu đƣợc với sự thay đổi đăng ký kỹ thuật số. Các phần tử biên độ trọng cung cấp thêm bậc tự do trƣớc khi tổng hợp. Khi thực hiện số, các trọng số tƣơng ứng để chuyển các kí hiệu hoặc bit biểu diễn cho các số nhị phân, dẫn đến trọng số của bội số của một nửa.
Khi beamformer sử dụng một bit lƣợng tử hoặc bộ hạn chế cứng, nó đƣợc gọi là DIMUS (Chỉ định hƣớng đa chùm tia số). Việc giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) bằng cách giao thoa ở đầu ra beamformer, không có lọc sau, là một hàm của SNR đầu
GVHD:PGS.TS Nguyễn Thúy Anh SVTH:Đoàn Khánh Linh78
vào và số lƣợng các loại gậy sử dụng để chùm mẫu. Điều đó chỉ ra rằng sự giảm suy hao chống nhiễu là khoảng 2,4 dB tối thiểu, và chống lại vang khoảng 3,0 dB tối thiểu. Các mô hình định hƣớng của một chùm tia số 1-bit bị méo, búp sóng chính hơi hẹp và búp sóng phụ cao hơn một chùm tia tuyến tính. Trong thực tế, các búp sóng phụ cho một hệ thống DIMUS loại khoảng -14 dB đến -16 dB. Điều này có thể dẫn đến phân biệt đối xử không gian nghèo hơn so với vang, tùy thuộc vào mô hình truyền định hƣớng, hơn một chùm tia tuyến tính. Bộ lọc đầu ra của beamformer có thể làm giảm một số tác dụng có hại. Tuy nhiên, nó là khá nghi ngờ rằng hiệu suất bao giờ có thể đạt đƣợc so sánh với các beamformer tuyến tính trên đầy đủ các tỷ lệ đầu vào tín hiệu trên nhiễu, nhiều mục tiêu, và các vùng dội.Phân tích các đa bít lƣợng tử đã chỉ ra rằng, đối với một, lĩnh vực nhiễu đồng nhất không tƣơng quan với nhau,trƣờng nhiễu đồng bộ sựu tăng lên của tăng ích dãy mục tiêu, với mức tăng dãy ở 4-bit cho mỗi kênh khoảng