Đánh giá hiệu quả và sai số ước lượng tần số bằng thuật toán tích lũy tương can phổ ứng dụng trong các hệ thống Sonar thụ động

Bài viết "Đánh giá hiệu quả và sai số ước lượng tần số bằng thuật toán tích lũy tương can phổ ứng dụng trong các hệ thống Sonar thụ động" trình bày cơ chế tạo tiếng ồn của chân vịt các mục tiêu biển và phân tích đặc điểm khi áp dụng thuật toán lũy tương can các thành phần phổ rời rạc (Coherent integration of lines spectrum - CIOLS) của tiếng ồn từ mục tiêu so với phương pháp xử lý truyền thống. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu các đặc tính phổ chân vịt của các mục tiêu, mẫu tín hiệu mô phỏng được xây dựng và sử dụng để phân tích hiệu quả của thuật toán này. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá hiệu quả và sai số ước lượng tần số bằng thuật toán tích lũy tương can phổ ứng dụng trong các hệ thống Sonar thụ động Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Đánh giá hiệu quả và sai số ước lượng tần số bằng thuật toán tích lũy tương can phổ ứng dụng trong các hệ thống sonar thụ động Nguyễn Thanh Chinh1*, Nguyễn Ngọc Đông1, Phạm Khắc Hoan1, Nguyễn Tiến Tài1 1 Khoa vô tuyến điện tử, Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn, Hà Nội, Việt Nam *Email: Thanhchinh.nguyen.navy@lqdtu.edu.vn Tóm tắt - Bài báo trình bày cơ chế tạo tiếng ồn của chân vịt các lượng tần số cơ bản của chân vịt. Khi thực hiện tích lũy thì mục tiêu biển và phân tích đặc điểm khi áp dụng thuật toán lũy SNR được cải thiện đáng kể, mức độ cải thiện SNR phụ thuộc tương can các thành phần phổ rời rạc (Coherent integration of điều kiện tích lũy và dạng tín hiệu tuần hoàn do chân vịt tạo lines spectrum - CIOLS) của tiếng ồn từ mục tiêu so với phương ra. Theo đó, phần II sẽ trình bày về tiếng ồn được tạo ra từ các pháp xử lý truyền thống. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu các đặc mục tiêu biển và phương pháp tích lũy tương can các thành tính phổ chân vịt của các mục tiêu, mẫu tín hiệu mô phỏng được xây dựng và sử dụng để phân tích hiệu quả của thuật toán này. phần phổ rời rạc; phần III trình bày về một số kết quả mô Kết quả mô phỏng cho thấy, tỷ số tín/tạp (Signal-to-noise ratio - phỏng và thảo luận; cuối cùng là phần kết luận. SNR) khi xử lý tín hiệu bằng CIOLS được tăng lên đáng kể, đặc biệt là đối với tín hiệu xung dạng xung kim, đưa ra dự báo đáng II. TIẾNG ỒN TẠO RA TỪ CÁC MỤC TIÊU TRÊN BIỂN tin cậy về thành phần tuần hoàn trong tín hiệu. Đồng thời, sự VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍCH LŨY TƯƠNG CAN CÁC phụ thuộc của sai số trung bình bình phương (Mean square THÀNH PHẦN PHỔ RỜI RẠC error - MSE) vào SNR đầu vào khi xác định tần số cơ bản của tín hiệu cũng được xem xét, làm cơ sở xác định khả năng làm việc A. Những nguồn chính phát ra tiếng ồn của mục tiêu biển của thuật toán. Bất kỳ vật thể biển nào (ví dụ, tàu mặt nước, tàu ngầm, ngư lôi,...) di chuyển trong môi trường nước đều tạo ra trường âm Từ khóa - Sonar, xử lý tín hiệu; tiếng ồn, thụ động; tích lũy (trường tiếng ồn) do có sự bức xạ của các nguồn âm khác tương can, phổ. nhau. Tùy thuộc vào nguồn tạo ra tiếng ồn, phổ tiếng ồn có I. ĐẶT VẤN ĐỀ thể là rời rạc hoặc liên tục, nằm trong một dải tần nhất định, hoặc cũng có thể là phổ hỗn hợp, bao gồm tổng các thành Trong lĩnh vực sonar, nghiên cứu các đặc trưng tiếng ồn phần phổ rời rạc và phổ liên tục. Tiếng ồn của mỗi loại mục của các đối tượng trên biển (các mục tiêu biển) và cách xử lý tiêu có đặc trưng riêng, được thể hiện trong các đặc trưng của các tín hiệu tiếng ồn này có ý nghĩa rất quan trọng trong bài phổ phát xạ, nhưng nhìn chung, phổ phát xạ của một mục tiêu toán phát hiện, đo đạc và nhận dạng mục tiêu. Các kỹ thuật xử biển chiếm một dải tần rộng từ hạ âm đến siêu âm [2-6, 9, 10]. lý tín hiệu sonar thường dựa trên mô hình toán và các đặc Hình. 1 thể hiện phổ điển hình của tiếng ồn do tàu ngầm tạo trưng của trường âm thanh sơ cấp của mục tiêu [1-5]. Dựa vào ra, gồm các thành phần sau: các vạch phổ rời rạc (do cánh các kết quả thống kê về việc phát hiện các tàu ngầm chạy chân vịt và cơ cấu máy móc phụ trợ), phổ liên tục do tác động bằng năng lượng hạt nhân (tàu ngầm hạt nhân) trong quá trình với dòng chất lỏng chuyển động xung quanh,...[10]. tuần tra trên các đại dương, cho thấy: hầu hết (trên 80%) bị phát hiện do phát ra tiếng ồn; khoảng dưới 10% trường hợp bị phát hiện bởi sonar chủ động; dưới 10% trường hợp bị phát hiện bởi từ trường; các trường hợp còn lại bị phát hiện theo vệt nước đuôi tàu và các trường vật lý khác [5]. Một số công trình nghiên cứu đã thực hiện theo hướng tích lũy các thành phần phổ hoặc tính phổ công suất chéo của các tín hiệu thu được [3, 5, 6], từ đó đưa ra quyết định có hay không có mục tiêu. Tuy nhiên, việc xử lý các thành phần phổ công suất chéo của tiếng ồn đã làm tăng đáng kể khối lượng và thời gian tính toán. Hơn nữa, sự ràng buộc về tần số lấy mẫu cũng như số mẫu đầu vào biến đổi Fourier nhanh (FFT) [7, 8] cũng ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác của việc xác định thành phần tuần hoàn trong tín hiệu sonar thu được (tần số cơ bản). Bài báo tập trung xem xét tiếng ồn của các mục tiêu biển có Hình. 1 Phổ tiếng ồn của tàu mặt nước phân tích dải hẹp chân vịt (có chứa các thành phần phổ hạ âm tuần hoàn), ước Mô hình toán học của tiếng ồn được xác định [2, 4, 5]: ISBN 978-604-80-7468-5 423 Hội nghị Quố ...