Ontleding van teikenopsporingprestasie vir 'n enkele vektor hidrofoonvenster-histogramalgoritme

Ontleding van teikenopsporingprestasie vir 'n histogramalgoritme van  enkelvektor hidrofoon 

Die histogram-algoritme van enkelvektor-hidrofoon het goeie robuustheid en teiken-asimutberamingsprestasie. Hierdie vraestel ontleed en som die teikenopsporingsprestasie van die histogramalgoritme op, en 'n outonome opsporing- en opsporingsalgoritme vir onderwater akoestiese transducer gebaseer op die beraamde asimut van die teiken is voorgestel. Rekenaarsimulasie en anechoiese tenktoetsresultate toon dat die sein-tot-geraas-verhouding wat deur die venster-histogramalgoritme vir outonome doping vereis word, groter as 7 dB moet wees. Onder hierdie toestand is die geskatte asimutfout en 3 dB bundelwydte ongeveer 8 ◦ en 20 ◦ onderskeidelik. Die seeproefresultate toon dat onder goeie hidrologiese toestande in die diepsee, die venster-histogramalgoritme teikenopsporing en -nasporing vir 'n oppervlakskip met 'n spoed van 8.4 kn binne 'n reeks van 13.8 km kan bereik. Die optimale beraamde asimutfout kan 5 ◦ bereik , en die bundelwydte van 3 dB kan ongeveer 10 ◦ op 'n afstand van 2 km bereik.

 

Die vektor kanaal van die vektor hidrofoon het frekwensie-onafhanklike dipool rigting, en het die vermoë om isotropiese geraas interferensie te weerstaan. 'n Vektor hidrofoon kan vol-ruimte vervaag-vrye oriëntasie bereik, wat 'n oplossing bied vir teiken opsporing op 'n klein onderwater platform toegerus met akoestiese sensors.

 

Die voordeel van ruimte. In onlangse jare, met die voortdurende verbetering van vektor-hidrofoonsensortegnologie , vektorseinverwerkingstegnologie word ook kragtig toegepas. Deur die vraag te bestuur, het dit vinnig ontwikkel. In vergelyking met konvensionele klankdrukhidrofone, verskaf vektorhidrofone meer omvattende klankveldinligting. Dit kan nie net die skalêre hoeveelheid van die klankveld meet nie, maar ook die vektorkenmerke van die klankveld verkry, wat die seinverwerkingsruimte aansienlik vergroot. Daar is baie teikenasimutberamingsalgoritmes wat op enkelvektorhidrofone gebaseer is, maar oor die algemeen kan hulle volgens die beginsel van rigtingbevinding in twee kategorieë verdeel word: een is asimutberaming gebaseer op klankenergievloei; die ander is om elke kanaal van die vektorhidrofoon te beskou as Dit is 'n multi-element skikking, elke piëzo element is ongeveer op dieselfde punt in die ruimte geleë, en die bestaande skikking seinverwerkingsmetode word toegepas op die enkelvektor hidrofoon deur gebruik te maak van die kenmerke van die skikking vloeipatroon van die enkelvektor hidrofoon self. Verskeie teikenrigting-vindalgoritmes van vektorhidrofone het hul eie voordele en nadele. Onder hulle het die histogram-algoritme beter robuustheid en teiken-asimut-beramingsprestasie as ander algoritmes, en het die vermoë om smalband- en sterk lynspektruminterferensie te onderdruk. Dit is veral geskik vir ingenieurstoepassing. Hierdie vraestel ontleed en som die histogramrigtingbevindingsalgoritme op gebaseer op 'n enkele vektorhidrofoon, en stel 'n outonome opsporing- en opsporingsalgoritme voor vir onderwaterteikens gebaseer op teikenasimut 

Fig. 6 is die kurwe van teiken-outonome opsporingsvlag met sein-tot-geraas-verhouding volgens die teiken outonome opsporing en opsporingsalgoritme voorgestel in Afdeling 1. Teikennasporingvlag 1 verteenwoordig dat die algoritme teikennasporing bereik, en dit beteken dat teikennasporing nie bereik word nie. Dit kan uit Figuur 6 gesien word dat wanneer die sein-tot-geraas-verhouding groter as 7 dB is, die histogram-algoritme outonome teikennasporing kan bereik.

2.2 Tenktoetsontleding

Ten einde die teikenopsporingsprestasie van die enkelvektor hidrofoonhistogram algoritme te bemeester, is die teikenopsporingsprestasie van die enkelvektorhidrofoon in die anechoiese poel uitgevoer.

In die verifikasietoets is UW350 as die klankbronteiken tydens die toets gebruik, en die diepte was 3 m onder water. Die sein wat in die toets gebruik word, is die breedte van die seinbron-uitset. Met Gaussiese wit geraas word die uitset piek-tot-piek waarde gestel op 10 mV, 20 mV, 25 mV, 50 mV, 100 mV, 1 V en 10 V onderskeidelik.

 

Die seinoordragtyd is 60 s, en die klein seinuitstraal klankbronvlak word bereken deur die formule 20 lg (A1/A2), waar A1 en A2 die piek-tot-piekwaarde van die seinbroninstellingsuitset is. Die seinuitstralende klankbronvlak kan volgens die afstand tussen die vektorhidrofoon en die klankbron bereken word om die sein-tot-geraasverhouding van elke kanaal van die vektorhidrofoon te verkry. Tabel 1 toon die resultate van die breëband gemiddelde sein-tot-geraas-verhouding van die klankbronsein wat deur elke kanaal van die vektorhidrofoon ontvang word, en gee die gemiddelde waarde van die sein-tot-geraasverhouding van elke kanaal onder verskillende klankbron-emissie-intensiteite. Dit kan gesien word dat die piek-tot-piek-waarde van die seinbron-uitset By 10 mV, 20mV, 25 mV, 50 mV, 100 mV, 1 V en 10 V is, is die breëband gemiddelde sein-tot-geraas-verhouding van die klankbronsein wat deur die vektorhidrofoon ontvang word, onderskeidelik 13 dB, 7 dB, 7 dB, 7 dB, 7 dB, 7 dB, 7 dB, 27 dB en 47 dB. Die sewe sein-tot-geraas verhouding seine word afsonderlik verwerk met behulp van die histogram algoritme. Die berekende asimut-skattingsresultate verander met tyd soos in Figuur 7 getoon. Die figuur dui ook die piek-tot-piek waarde van die seinuitset en die vektorhidrofoon in elke tydperk aan. Ontvanger sein-tot-geraas verhouding. Dit kan uit Figuur 7 gesien word dat die beraamde asimut van die klankbronteiken geleidelik stabiliseer soos die ontvangde sein-tot-geraasverhouding toeneem en basies saamval met die ware asimut. Figuur 8 en Figuur 9 toon onderskeidelik die asimutberamingsfout en 3 dB asimutspektrumwydte van die sein-tot-geraasverhoudingseine wat deur die sewe klankbronne deur die histogramalgoritme uitgestuur word. Die verhouding neem toe en neem geleidelik af. Die rigtingvindfout neem toe wanneer die klankbron 'n piek-tot-piek geraassein van 10 V uitstraal in vergelyking met 1 V piek-tot-piek. Dit is as gevolg van die klankbron wat 'n hoë klankbronvlaksein uitstuur.

 

 

Die akoestiese swembad is onvolledig verswak in die lae frekwensieband en daar is sterk koppelvlakrefleksie; wanneer die sein-tot-geraas-verhouding 7 dB is, is die rigtingbevindingsfout ongeveer 8 ◦, 3 dB vierkant

Die bisspektrumwydte is ongeveer 23◦; wanneer die sein-tot-geraas-verhouding groter as 1 dB is, is die rigtingbevindingsfout en die 3 dB-asimutspektrumwydte onderskeidelik minder as 4◦ en 19◦.Figuur 10 is die kromme van die teikennaspoormerk wat bereken word volgens die teiken-outonome opsporing en naspooralgoritme met die intensiteit van die sein,What klankbron die intensiteit van die sein kan wees. sein-tot-geraas-verhouding is 7 dB, die histogram-algoritme kan outonome opsporing van die klankbronteiken realiseer.

 

2.3 Mariene toetsontleding

Die gebruik van data van die onderwater akoestiese sensor boei teiken opsporing prestasie verifikasie toets data uitgevoer in die noordelike waters van die Suid-Chinese See in Augustus 2019, die histogram algoritme van enkel-vektor hidrofoon is gebruik om die opsporing prestasie van maritieme teikens te ontleed. Die diepte van die toetsseegebied is ongeveer 1500 m. Tydens die toets is die weerstoestande goed en die windspoed is omtrent vlak 2. Die metingsresultate van die skipgedraagde verlating-termo-sout-dieptemeter toon dat die klanksnelheidsprofiel 'n eenvormige laag binne 'n diepte van 40 m en 'n diepte van 40 200 m is. Binne is die hoofoorgangslaag van klanksnelheid, en die stemkanaal-as is op 'n diepte naby 1000 m. Tydens die toetsdag van 12:33-14:02 het 'n oppervlakskip met 'n lengte van 42 m, 'n breedte van 6 m en 'n spoed van 8,4 kn naby die akoestiese onderwaterboei teen 'n rigting van 301° verbygesteek. Gedurende die tydperk, die oppervlak skip en onderwater akoestiek. Die afstand van die boei is ongeveer 2 km op die kortste tyd en 13,8 km op die verste tyd. Die situasiediagram word in Figuur 11 getoon. Figuur 12 toon die vergelyking tussen die beraamde asimutresultate van die oppervlakskip se teikenasimut bereken deur die histogramalgoritme en die werklike asimut. Dit kan gesien word dat die histogramalgoritme die doel van die oppervlakskip gedurende die hele 12:33-14:02 tydperk kan bereik.

Figuur 13 en Figuur 14 toon onderskeidelik die histogram-algoritme vir oppervlakskip-teikenrigtingbevindingsfout en die 3 dB asimutspektrumbreedte versus tydkromme in die tydperk van 12:33-14:02. Dit kan gesien word dat die rigtingvindfout die beste is. Dit kan binne 5 ◦ bereik, en die 3 dB asimutspektrumwydte kan ongeveer 10 ◦ naby die nabygeleë liggingspunt bereik; daarbenewens, as gevolg van die afwyking van die onderwaterposisie van die akoestiese onderwaterboei, is die afstand tussen die oppervlakskip en die boeiplatform relatief naby. Die fout van rigtingbevinding neem toe. Figuur 15 is die kurwe van die teikennasporingsmerk oor tyd bereken deur die teiken outonome opsporing en opsporingsalgoritme. Daar kan gesien word dat die algoritme outonome teikennasporing oor die hele reeks kan bereik vir 'n oppervlakvaartuig met 'n spoed van 8,4 kn binne 'n afstand van 13,8 km.

 

3 Gevolgtrekking

Met die oog op die ingenieurstoepassingsvereistes van enkelvektorhidrofone op onbemande onderwaterplatforms, stel hierdie artikel 'n metode voor vir outonome opsporing en opsporing van onderwater ultrasoniese sensor , en gebruik simulasie berekeninge, anechoic tenk toetse, en mariene toets analise op te som gebaseer op enkel-vektor water. Die histogram algoritme van die luisteraar het standaard opsporing prestasie. Die resultate van rekenaarsimulasie en echoiese poeltoetsdata toon dat die sein-tot-geraas-verhouding wat deur die histogramalgoritme benodig word om outonome nasporing te bereik groter as 7 dB moet wees, op hierdie tydstip is die rigtingvindfout ongeveer 8◦, en die 3 dB asimutspektrumwydte is ongeveer 20◦. Die mariene toetsdata toon dat onder goeie hidrologiese toestande in die diepsee, die histogram-algoritme volle teikenopsporing en -nasporing binne 'n afstand van 13.8 km vir 'n oppervlakvaartuig met 'n spoed van 8.4 kn kan bereik, en die beste rigtingvindfout kan 5◦ bereik. Die 3 dB asimutspektrumwydte kan ongeveer 10◦ naby die nabye posisiepunt bereik.