Ứng dụng thuật toán Music nâng cao độ chính xác đo góc trong Sonar thụ động

Bài báo trình bày một đề xuất ứng dụng thuật toán MUSIC trong ước lượng góc của nguồn phát tín hiệu thủy âm. Các kết quả mô phỏng và đo thực nghiệm cho thấy khả năng ước lượng hướng nguồn phát tín hiệu thủy âm của thuật toán MUSIC có nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp tạo búp sóng thông thường CB (Conventional Beamforming) và đáp ứng không méo phương sai cực tiểu MVDR (Minimum Variance Distortionless Response).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng thuật toán Music nâng cao độ chính xác đo góc trong Sonar thụ động See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/327540020 ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN MUSIC NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO GÓC TRONG SONAR THỤ ĐỘNG Article · August 2018 CITATIONS READS 0 161 4 authors, including: Sang Van Doan Kumoh National Institute of Technology 17 PUBLICATIONS   28 CITATIONS    SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Digitalization of maritime radar View project ELINT System Based on Deep Learning View project All content following this page was uploaded by Sang Van Doan on 09 September 2018. The user has requested enhancement of the downloaded file. Nghiên cứu khoa học công nghệ ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN MUSIC NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO GÓC TRONG SONAR THỤ ĐỘNG Trần Công Tráng1*, Đoàn Văn Sáng1, Nguyễn Thanh Hùng1, Trần Văn Hùng2 Tóm tắt: Bài báo trình bày một đề xuất ứng dụng thuật toán MUSIC trong ước lượng góc của nguồn phát tín hiệu thủy âm. Các kết quả mô phỏng và đo thực nghiệm cho thấy khả năng ước lượng hướng nguồn phát tín hiệu thủy âm của thuật toán MUSIC có nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp tạo búp sóng thông thường CB (Conventional Beamforming) và đáp ứng không méo phương sai cực tiểu MVDR (Minimum Variance Distortionless Response). Các kết quả đo thực nghiệm, xử lý tín hiệu đo bằng thuật toán MUSIC cho thấy khả năng sử dụng thuật toán để đạt được mục đích nâng cao độ chính xác đo góc tới của hệ thống sonar thụ động là hoàn toàn khả thi. Từ khóa: Sonar thụ động; Ước lượng góc tới; DOA; Thuật toán MUSIC; Mạng UCA. 1. MỞ ĐẦU Thuật toán MUSIC (Multiple Signal Classification) được R. O. Schmidt lần đầu tiên đề xuất vào năm 1979 [6] và sau đó đã có thêm một số công bố [7], [8], [9]. Thuật toán MUSIC đã được phát triển, ứng dụng trong đo hướng nguồn phát tín hiệu rađa, wifi, sóng vô tuyến [2], [3], [5]. Cho đến nay, các nghiên cứu, ứng dụng thuật toán MUSIC trong ước lượng hướng đến của nguồn tín hiệu sonar không nhiều. Năm 2009, Serap Cekli và Hakan Ali Cirpan công bố kết quả ứng dụng thuật toán MUSIC trong ước lượng hướng nguồn tín hiệu âm thanh băng thông rộng [11]. Trong nghiên cứu này các tác giả sử dụng hai cảm biến thu để ước lượng hướng nguồn phát và chứng minh bằng kết quả mô phỏng cho thấy thuật toán MUSIC cho hiệu quả tốt hơn so với phương pháp pha. Phương pháp đo góc theo thuật toán MUSIC đòi hỏi phải xử lý chuỗi dữ liệu, khi sử dụng cho mạng anten có số lượng cảm biến lớn cần phải có bộ vi xử lý đủ mạnh. Trong giai đoạn hiện nay FPGA đáp ứng được yêu cầu đối với các ứng dụng trong sonar. Mục đích bài báo là đánh giá khả năng áp dụng thuật toán MUSIC trong đo góc tới của nguồn phát tín hiệu sonar đối với mạng anten đồng nhất hình tròn UCA (Uniform Circular Array). Hiệu quả của thuật toán MUSIC được đánh giá thông qua các kết mô phỏng, so sánh hiệu quả đo góc tới theo thuật toán CB và MVDR. Kết quả đo thực nghiệm và xử lý tín hiệu theo thuật toán MUSIC trên mạng anten đồng nhất 4 phần tử hình quạt tròn ước lượng góc tới của nguồn phát tín hiệu dải hẹp 4 kHz cho thấy khả năng áp dụng thuật toán là hoàn toàn khả thi. 2. MÔ HÌNH TÍN HIỆU THU TỪ MẠNG ANTEN DẠNG UCA Trong bài báo trình bày kết quả khảo sát mạng UCA, trong đó các phần tử được sắp xếp cách đều nhau. Trên hình 1 mô tả mạng UCA, các phần tử được sắp xếp trải đều 360o trong mặt phẳng phương vị cách nhau một góc  = 2/M. Từ hình 1 ta có tọa độ của phần tử thứ m:  2  ( m  1)  ,  2  ( m  1)  và zm  0 , (1) x  r sin   y m  r cos   m  M   M  trong đó, r là bán kính của mạng UCA, M là số lượng phần tử của mạng. Nếu lấy tâm của hình tròn làm điểm tham chiếu pha thì vector hướng của mạng tương ứng với góc  được biểu diễn bởi công thức sau: Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 105  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử T  j 2 r cos(  ) j 2 r cos( 2  M1  ) 2 j r cos( 2  ...