Nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến sai số định vị mục tiêu ngầm trong vùng biển nước nông

Bài báo nghiên cứu thuật toán, khảo sát môi trường bố trí trạm trinh sát thủy âm, mô hình truyền âm tại vùng nước nông biển Việt Nam. Mô phỏng và đánh giá các yêu tố ảnh hưởng đến sai số định vị nguồn âm trong vùng biển nước nông như đặc tính nguồn âm, tham số môi trường thay đổi theo mùa, sự cần thiết phải cập nhật tham số môi trường theo mùa, độ chính xác tối thiểu yêu cầu khi đánh giá vận tốc âm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến sai số định vị mục tiêu ngầm trong vùng biển nước nông Kỹ thuật điều khiển & Điện tử NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SAI SỐ ĐỊNH VỊ MỤC TIÊU NGẦM TRONG VÙNG BIỂN NƯỚC NÔNG Trịnh Đăng Khánh1, Nguyễn Xuân Long2, Trần Phú Ninh3* Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu thuật toán, khảo sát môi trường bố trí trạm trinh sát thủy âm, mô hình truyền âm tại vùng nước nông biển Việt Nam. Mô phỏng và đánh giá các yêu tố ảnh hưởng đến sai số định vị nguồn âm trong vùng biển nước nông như đặc tính nguồn âm, tham số môi trường thay đổi theo mùa, sự cần thiết phải cập nhật tham số môi trường theo mùa, độ chính xác tối thiểu yêu cầu khi đánh giá vận tốc âm. Kết quả mô phỏng cho thấy, khi nhiệt độ biến thiên theo mùa lớn thì cần thiết phải cập nhật theo giá trị thực của nhiệt độ để đảm bảo chất lượng định vị. Độ chính xác yêu cầu khi đánh giá vận tốc âm C  0,4m / s , khi đó định vị cho kết quả chính xác. Từ khóa: Xử lý trường phối hợp, Hydrophone, Định vị, Vùng nước nông. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Đã có nhiều nghiên cứu về phát hiện và định vị nguồn âm trong vùng biển nông sử dụng thuật toán xử lý trường phối hợp MFP [1-4]. Phương pháp MFP thông thường sử dụng mạng hydrophone theo chiều đứng hay chiều ngang để định vị dựa vào thông tin về không gian giữa các hydrophone với nguồn âm. Sự chính xác định vị của phương pháp phụ thuộc nhiều vào số phần tử trong mạng (số hydrophone). Phương pháp này tuy hiệu quả nhưng khó khăn về khi triển khai thiết bị cũng như vấn đề giá thành. Để khắc phục nhược điểm trên, một số nghiên cứu khác tập trung vào nghiên cứu giải quyết vấn đề bằng sử dụng một hoặc hai hydophone [5-6]. Sự khó khăn của phương pháp này là thiếu thông tin về không gian. Do vậy, việc xác định, định vị mục tiêu tập trung vào hướng nghiên cứu lấy thông tin về chuỗi tín hiệu theo thời gian. Một số nghiên cứu [5] chỉ ra có thể định vị mục tiêu ngầm sử dụng một hydrophone nhưng phải biết thông tin về dạng tín hiệu phát s(t). Tuy nhiên, đối với sonar thụ động, việc phát hiệu mục tiêu nhằm vào đối tượng không có nhiều thông tin về nguồn tín hiệu. Định vị đơn hydrophone là định vị trường phối hợp khi thực hiện phép đo chỉ từ một hydrophone. Mỗi chuỗi theo thời gian của áp suất tại hydrophone được so sánh với chuỗi theo thời gian được tính toán sử dụng mô hình truyền âm học đại dương cho các vị trí nguồn âm khác nhau. Vị trí của nguồn có chuỗi dự đoán theo thời gian phù hợp nhất với giá trị đo được coi là vị trí đúng nguồn âm. Thuật toán định vị nguồn âm được sử dụng không yêu cầu dạng tham số của nguồn âm. Do vậy, một số nghiên cứu gần đây đã tập trung vào giải pháp sử dụng kết quả đo ở hydrophone để ước lượng dạng tín hiệu của mục tiêu, dự báo trường thay thế nguồn âm theo mô hình truyền âm học đại dương để giải bài toán định vị [7]. Bài báo này trình bày giải pháp phát hiện và định vị nguồn âm dải rộng ở môi trường nước nông khi không biết dạng tín hiệu của mục tiêu. Nội dung bài báo như sau: nghiên cứu thuật toán, mô phỏng và đánh giá các yêu tố ảnh hưởng đến sai số định vị nguồn âm trong vùng biển nước nông như đặc tính nguồn âm, tham số môi trường thay đổi theo mùa, sự cần thiết phải cập nhật tham số môi trường theo mùa, độ chính xác tối thiểu yêu cầu khi đánh giá vận tốc âm. II. NỘI DUNG GIẢI QUYẾT 84 T.Đ.Khánh, N.X.Long, T.P.Ninh, “Nghiên cứu đánh giá… vùng biển nước nông.” Nghiên cứu khoa học công nghệ 2.1. Đánh giá môi trường bố trí trạm trinh sát thủy âm, mô hình truyền âm Các công trình [1-4, 9] đã trình bày các phương pháp xử lý trường phối hợp MFP vectơ định hướng được xác định bằng áp suất âm được dự báo từ các mô hình truyền âm đối với vùng có thể của nguồn âm trong không gian ống dẫn sóng theo phân bố của tốc độ âm và các tham số âm của các lớp đáy biển. Sơ đồ khối thực hiện các phương pháp được trình bày trên hình 1. 1 2 3 M Mạng anten Tần số Mô tả vận Các số liệu Mẫu số liệu theo nguồn âm tốc âm theo về môi trường thời gian độ sâu Ma trận phổ tương Ống dẫn sóng âm quan chéo Mô hình lan truyền âm Véc tơ định hướng Bộ lọc phối hợp Bộ xử lý tín hiệu Đánh giá vị trí nguồn âm Hình 1. Sơ đồ khối phương pháp xử lý trường phối hợp đánh giá vị trí của nguồn âm. Hiệu quả của phương tiện thủy âm phải bảo đảm giải quyết tốt bài toán định vị đặc biệt là độ chính xác và cự ly phát hiện. Để giải quyết bài toán định vị, phương pháp xử lý trường phối hợp yêu cầu cần thiết xây dựng mô hình truyền âm tại điểm lắp đặt và không gian cột nước vùng quan sát theo cự ly và độ sâu. Bài báo lựa chọn vùng biển Việt Nam với số liệu về cột nước với tham số đáy theo lát cắt địa hình đáy biển theo vết tọa độ từ (Tây - Đông) và lát cát theo vết tọa độ từ (Nam - Bắc). Ứng dụng về ống dẫn sóng Pekeris theo vùng nêu trên với độ sâu cực tiểu khoảng 110m, độ sâu cực đại khoảng 125m. Địa hình của đáy biển tương đối bằng phẳng với các chênh lệch trung bình của độ sâu 0,5…1,75m/km thỏa mãn điều kiện của mô hình ống dẫn sóng Pekeris [8]. Vận tốc âm trong các lớp nước là c1 trong khi vận tốc âm thanh trong lớp đáy là c2, với c2>c1. Mặt nước tại z = 0 và biên giữa lớp nước và đáy là z = D, trong đó D là chiều sâu của lớp nước. Lớp bề mặt nước hoạt động như một lớp phản xạ hoàn toàn đối với sóng có góc tới lớn hơn góc tiêu chuẩn trong lý thuyết Ray (    c ), ở đáy biển ngoài sự phản xạ còn hấp thụ. Mô hình này phù hợp cho việc giả ...