Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМ

Bài viết đề xuất một giải pháp tạo búp sóng mới trên mô hình cảm biến mảng hydrophone dạng trụ tròn của an ten 1H trong tổ hợp sonar thủy âm МГК400ЭМ, trên cơ sở tạo búp sóng tùy biến kết hợp với phương pháp tạo búp sóng thích nghi như Frost, Griffiths hoặc MVDR để nâng cao chất lượng tín hiệu thu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giải pháp tạo búp sóng tùy biến cho cảm biến mảng trụ tròn ba chiều của anten 1h trong tổ hợp sonar thủy âm МГК-400ЭМNghiên cứu khoa học công nghệ GIẢI PHÁP TẠO BÚP SÓNG TÙY BIẾN CHO CẢM BIẾN MẢNG TRỤ TRÒN BA CHIỀU CỦA ANTEN 1H TRONG TỔ HỢP SONAR THỦY ÂM МГК-400ЭМ Phan Hồng Minh*, Phan Văn Việt, Nguyễn Thị Thu Hồng, Phạm Thanh Thương Tóm tắt: Bài báo đề xuất một giải pháp tạo búp sóng mới trên mô hình cảm biến mảng hydrophone dạng trụ tròn của an ten 1H trong tổ hợp sonar thủy âm МГК- 400ЭМ, trên cơ sở tạo búp sóng tùy biến kết hợp với phương pháp tạo búp sóng thích nghi như Frost, Griffiths hoặc MVDR để nâng cao chất lượng tín hiệu thu. Việc thực hiện kích hoạt các hydrophone trong mảng cảm biến sẽ tạo ra các mảng có cấu trúc hình học khác nhau, quay được búp sóng theo hướng mong muốn, tạo ra nhiều mảng con với các búp sóng thu có độ linh động cao, thực hiện lọc không gian tín hiệu nhằm nâng cao chất lượng phát hiện định vị mục tiêu dưới nước.Từ khóa: Mảng cảm biến; Tạo búp sóng thích nghi Frost; Griffiths; MVDR; Tổ hợp sonar МГК-400ЭМ. 1. GIỚI THIỆU Tổ hợp thủy âm МГК-400ЭМ là khí tài sonar, phiên bản nâng cấp từ МГК-400để tích hợp trên tàu ngầm của Nga, có thể coi hệ thống như mắt thần của tàu ngầmtrong lòng biển sâu để phát hiện cảnh báo và theo dõi nhận dạng mục tiêu dướinước đảm bảo sẵn sàng chiến đấu. Hình 1. Sơ đồ khối tổ hợp thủy âm МГК-400ЭМ. Anten 1H - Anten chính của tổ hợp, dùng để thu nhận tín hiệu trong các chế độП1, А1, П2 và А3 trong dải tần số từ 0.3-10.8 kHz. Được lắp đặt ở mũi tàu, phíadưới, bên trong bầu sonar có tính chất xuyên âm. Anten có hình dạng trụ côn tròntạo góc bằng 12.4°, đỉnh hướng xuống dưới. Độ cao anten 2,4m, đường kính mặtcắt trên là 4m. Trên bề mặt của anten 1H được lắp đặt 1008 cảm biến, bố trí thành14 mảng cảm biến tròn (circle arrays) nằm ngang, mỗi mảng tròn có 72hydrophone được bố trí theo vòng tròn cách đều nhau theo góc là 5° [2].Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 9 - 2020 227 Kỹ thuật điện tử Bài báo đề xuất một giải pháp kết hợp 2 phương pháp điều khiển cứng và mềmtạo các mảng có cấu trúc hình học khác nhau dựa trên mô hình anten 1H, bằngcách kích hoạt các hydrophone trong ma trận cảm biến sẽ tạo ra được nhiều loạimảng có kiểu búp sóng cũng như hướng khác nhau, điều khiển mềm tính toántrọng số mảng (thuật toán thích nghi) để quay búp sóng có hướng thu mong muốn,triệt giảm búp sóng phụ, giảm sự ảnh hưởng tối đa của tạp ồn và nâng cao độ lợicủa mảng. 2. TẠO BÚP SÓNG MẢNG TRỤ VÀ TÙY BIẾN VỚI ANTEN 1H2.1. Tạo búp sóng mảng trụ Mảng trụ tròn là mảng ba chiều, trong đó, các hydrophone được bố trí hình trònbán kính R trên một mặt phẳng ngang, các mảng tròn này được triển khai theo trụcdọc z thành mảng trụ tròn (hình 2). Trên cơ sở có N mảng tròn và mỗi mảng tròncó M phần tử, tâm của các mảng tròn là trục z và mảng đối xứng theo hướng z vềgốc tọa độ. Xây dựng mô hình tính toán và thiết kế tạo búp sóng cho mảng căn cứtrên véc tơ đa tạp và tập trọng số mảng [5]. Hình 2. Cấu trúc hình học mảng trụ và hệ tọa độ trụ. Theo [1, 5] có thể thực hiện tạo búp sóng cho mảng trụ theo hai bước: Bước 1: Tạo búp sóng từng mảng tròn bán kính R với M phần tử được Bcir(θ, ϕ ); Bước 2: Tạo búp sóng mảng thẳng 1 lần cho N mảng tròn theo trục z từ các véctơ ở bước 1, được búp sóng mảng trụ với tín hiệu đầu ra B(θ, ϕ ). Búp sóng của mảng trụ: (1) (2)228 P. H. Minh, …, P. T. Thương, “Giải pháp tạo búp sóng tùy biến … thủy âm МГК-400ЭМ.”Nghiên cứu khoa học công nghệ Có thể viết lại như sau: (3) Biểu thức trong ngoặc là búp sóng mảng tròn thứ n. Do vậy, (4) Tương tự như vậy, tạo búp sóng với mảng thẳng (5) Nếu trong (2) được viết tách riêng, (6) Thì (3) có thể viết gọn lại (7) Tạo búp sóng mảng trụ tròn bán kính R = 2m, số lượng mảng tròn N = 5, mỗimảng tròn có M = 36 phần tử cảm biến, khoảng cách giữa các mảng tròn RS =0.1875m, tần số âm f = 500Hz, vận tốc âm trong nước c = 1500m/s. Hình 3. Búp sóng mảng trụ tròn 5x36 phần tử. Hình 3 được thiết lập hình dáng kích thước giống như anten 1H của tổ hợp sonarМГК-400ЭМ, tuy nhiê ...