Trong thời gian gần đây vấn đề kiểm soát Drone trong những khu vực cần bảo vệ là một trong những yêu cầu có tính cấp thiết cao. Giải pháp sử dụng định vị nguồn âm kết hợp cùng camera tỏ ra khá hiệu quả, nhiều cơng trình nghiên cứu và sản phẩm theo hướng này đã được đưa ra. Điển hình là thiết bị Bionic XS-56 Array của hãng CAE, sử dụng một ma trận các cảm biến độ nhạy cao, kết hợp cùng camera và phần cứng xử lý tín hiệu tốc độ cao, thiết bị có khả năng trinh sát phát hiện và định vị drone trong những khu vực cần bảo vệ [58].
Ngoài ra hệ thống định vị nguồn âm thanh còn được sử dụng trong các thiết bị phát hiện, định vị điểm nổ nhằm sửa bắn cho pháo binh. Đây là sản phẩm có tính ứng dụng cao, rất thích hợp cho cơng tác phục vụ huấn luyện và nâng cao khả năng chiến đấu của lực lượng pháo binh. Tại Việt Nam, một vài nghiên cứu
13
phát triển hệ thống trinh sát âm thanh cho pháo binh, dựa trên nguyên lý thu sóng âm từ tiếng đạn pháo nổ để định vị điểm nổ, cho phép tính tốn các tham số sửa bắn [1] .
Cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử cũng như các kỹ thuật xử lý tín hiệu trên các phần cứng tiên tiến, việc định vị nguồn âm thanh trở thành một ứng dụng có tính khả thi và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Tiềm năng phát triển của công nghệ này ngày càng mở rộng, trở thành một phần tất yếu trong các hệ thống giao tiếp giữa người và máy cũng như các thiết bị trinh sát, phát hiện, chỉ thị mục tiêu.
So sánh với các ứng dụng dân dụng, các hệ thống định vị âm thanh trong quân sự phần lớn được sử dụng ngoài trời, chịu ảnh hưởng của các điều kiện môi trường, loại âm thanh cần định vị thường được biết trước như tiếng nổ của súng, pháo... Tuy nhiên các sản phẩm quân sự này đều bảo mật về công nghệ sử dụng, phần lớn chỉ được dự đốn về kỹ thuật mà khơng có tài liệu mơ tả chi tiết. Do đó, hướng nghiên cứu nâng cao độ chính xác định vị nguồn âm cho lớp đối tượng ngồi trời, chịu ảnh hưởng của các điều kiện mơi trường, khoảng cách định vị xa, phục vụ cho các ứng dụng phục vụ mục đích quân sự là trọng tâm nghiên cứu của luận án.
1.2. Mơ hình hệ thống định vị nguồn âm sử dụng nguyên lý TDOA
1.2.1. Phân loại các kỹ thuật định vị nguồn âm
Với khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều mục đích đa dạng, có nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau được nghiên cứu phát triển để giải bài toán định vị nguồn âm thanh. Các giải pháp định vị nguồn âm được phát triển dựa trên một hệ thống gồm nhiều cảm biến âm thanh, trong đó sự khác biệt về đặc tính tín hiệu thu được tại các cảm biến có vị trí khác nhau là cơ sở cho những tính tốn định vị nguồn âm. Trên cơ sở đó, có thể phân chia các các phương pháp định vị nguồn âm thanh dựa trên đặc tính thời gian (TBL-Time Based Localization) và đặc tính năng lượng của tín hiệu (EBL-Energy Based Localization) [22] [21].
14
Trên hình 1.7 trình bày các phương pháp định vị nguồn âm thanh chính, trong đó có 3 phương pháp định vị nguồn âm thanh dựa trên đặc tính thời gian, bao gồm phương pháp thời gian đến (Time of Arrival -ToA), phương pháp sai lệch thời gian đến (Time Difference of Arrival - TDOA), và phương pháp định hướng phản hồi năng lượng (Steered Response Power - SRP) [21]. Tương tự có hai phương pháp định vị nguồn âm thanh dựa trên yếu tố cường độ tín hiệu gồm đánh giá tỉ lệ năng lượng (Energy Ratio - ER) và phương pháp xác định hướng đến của tín hiệu (Direction of Arrival - DoA) [22] [21].