Nghiên cứu ảnh hưởng của tham số lớp đáy đến độ chính xác định vị mục tiêu ngầm trong vùng biển nông

Bài báo trình bày về phương pháp định vị mục tiêu ngầm trong vùng biển nông. Mô phỏng và đánh giá sự ảnh hưởng của các tham số lớp đáy như vận tốc âm, mật độ môi trường đến độ chính xác quá trình định vị mục tiêu ngầm. Kết quả mô phỏng cho thấy sự thay đổi vận tốc âm, hệ số mật độ sẽ ảnh hưởng đến chất lượng định vị. Yêu cầu tối thiểu khi đánh giá vận tốc âm là sai số ∆c ≤ 10m/s và hệ số mật độ là sai số  ≤ 0.5 /dB.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của tham số lớp đáy đến độ chính xác định vị mục tiêu ngầm trong vùng biển nông Cơ học & Điều khiển thiết bị bay NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ LỚP ĐÁY ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỊNH VỊ MỤC TIÊU NGẦM TRONG VÙNG BIỂN NÔNG Trịnh Đăng Khánh1, Trần Phú Ninh2*, Lâm Viết Huy3, Đoàn Thế Hoàng2 Tóm tắt: Bài báo trình bày về phương pháp định vị mục tiêu ngầm trong vùng biển nông. Mô phỏng và đánh giá sự ảnh hưởng của các tham số lớp đáy như vận tốc âm, mật độ môi trường đến độ chính xác quá trình định vị mục tiêu ngầm. Kết quả mô phỏng cho thấy sự thay đổi vận tốc âm, hệ số mật độ sẽ ảnh hưởng đến chất lượng định vị. Yêu cầu tối thiểu khi đánh giá vận tốc âm là sai số ∆c ≤ 10m/s và hệ số mật độ là sai số  ≤ 0.5 /dB. Từ khóa: Mô hình truyền âm, Xử lý trường phối hợp, định vị, Vùng nước nông. 1. GIỚI THIỆU Phát hiện và định vị nguồn âm trong vùng biển nước nông sử dụng phương pháp xử lý trường phối hợp (Matching Field Processing – MFP) đã được nghiên cứu [1-3]. Trong [4-5] chỉ ra có thể định vị mục tiêu ngầm sử dụng một hydrophone và định vị nguồn âm dải rộng có mức tín hiệu nhỏ trong vùng biển nước nông với một hydrophone. Đặc điểm truyền sóng trong vùng nước nông rất phức tạp, do vậy để định vị mục tiêu trong vùng nước nông phải gắn chặt với các yếu tố môi trường. Hay nói cách khác việc tính toán, mô hình hóa quá trình truyền âm chính xác sẽ quyết định lớn đến chất lượng định vị mục tiêu ngầm. Khái niệm về phương pháp trường phối hợp mang ý nghĩa là thuật toán định vị cần phối hợp với môi trường. Trong [9] nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số môi trường đến việc mô hình hóa âm và [10] nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sai số định vị. Kết quả, khi các tham số môi trường thay đổi sẽ làm cho việc tính hàm Green và trường thay thế sẽ sai lệch. Khi đó kết quả định vị cũng sẽ xảy ra sai số. Tuy nhiên [10] mới đề cập đến sự thay đổi của các tham số lớp nước trong môi trường thử nghiệm. Bài báo này trình bày phương pháp định vị nguồn âm dải rộng ở môi trường nước nông sử dụng một hydrophone và nghiên cứu sự ảnh hưởng các tham số lớp đáy đến chất lượng định vị. Phần đầu bài báo trình bày thuật toán định vị dùng phương pháp xử lý trường phối hợp sử dụng một hydrophone và ảnh hưởng của tham số lớp đáy đến chất lượng định vị; Phần tiếp theo trình bày về môi trường thử nghiệm; Phần cuối đưa ra kết quả mô phỏng và kết luận. 2. THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN KẾT QUẢ ĐỊNH VỊ Thuật toán định vị MFP dải rộng sử dụng 1 hydrophone dựa vào nguyên tắc chia không gian cần quan sát thành các mắt lưới theo khoảng cách ri và độ sâu zj  (Hình 1). Tiếp theo, tính trường thay thế r ij tại điểm thu khi giả thiết nguồn phát ở từng vị trí lưới với dữ liệu đo được tại hydrophone. Kết quả tương quan tốt nhất  giữa tín hiệu trường thay thế và giá trị đo được tại hydrophone r sẽ xác định được vị trí nguồn [5]. 40 T. Đ. Khánh, …, “Nghiên cứu ảnh hưởng của tham số lớp đáy… trong vùng biển nông.” Nghiên cứu khoa học công nghệ  2 2 e ij  r  rij (1) Thuật toán định vị trong bài báo này sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu. 2 2 Khi đó tương quan tốt nhất ứng với giá trị e ij nhỏ nhất, hoặc giá trị 1 / e ij lớn nhất sẽ xác định được vị trí nguồn L (Localization). Tín hiệu trường thay thế ở hydrophone tương ứng với nguồn phát ở từng vị trí  mắt lưới r ij tính bằng công thức sau [5].  rij  Gij .s  n (2) Hình 1. Minh họa thuật toán MFP với một hydrophone. Ở đó Gij là ma trận tích chập của hàm Green cho một vị trí thu và phát cố định tương ứng với mắt lưới ở vị trí ri, zj; s là véc tơ tín hiệu rời rạc theo thời gian; rij là véc tơ đo được tại hydrophone; n là tạp âm môi trường. Để tính ma trận tích chập Gij , phải tính giá trị hàm Green theo thời gian bằng giải phương trình sóng [7]: 1 2 p 2 p  (3) c 2 t 2 Trong đó, p là áp suất âm, còn c là vận tốc âm. Giá trị Hàm Green có thể tính trực tiếp theo phương trình (3) hoặc tính hàm Green theo tần số, sau đó biến đổi ngược IFFT để nhận được hàm Green theo thời gian. Như [3], có một số phương pháp tính hàm Green, trong đó có ...