Аналіз эфектыўнасці выяўлення мэты для алгарытму аконнай гістаграмы з адным вектарам гідрафона

Аналіз эфектыўнасці выяўлення мэты для алгарытму гістаграмы  аднавектарнага гідрафона 

Алгарытм гістаграмы аднавектарнага гідрафона мае добрую ўстойлівасць і прадукцыйнасць ацэнкі азімута мэты. У гэтым артыкуле аналізуецца і абагульняецца эфектыўнасць выяўлення мэты алгарытму гістаграмы, а таксама аўтаномнага алгарытму выяўлення і адсочвання для Прапанаваны падводны акустычны пераўтваральнік на аснове разліковага азімута мэты. Вынікі камп'ютэрнага мадэлявання і выпрабаванняў безэхавой ёмістасці паказваюць, што суадносіны сігнал/шум, патрабаванае алгарытмам аконнай гістаграмы для аўтаномнага сачэння, павінна быць больш за 7 дБ. Пры гэтай умове разліковая хібнасць азімута і шырыня прамяня ў 3 дБ складаюць прыкладна 8 ◦ і 20 ◦ адпаведна. Вынікі марскіх выпрабаванняў паказваюць, што пры добрых гідралагічных умовах у глыбокім моры алгарытм аконнай гістаграмы можа дасягнуць выяўлення мэты і суправаджэння надводнага карабля са хуткасцю 8,4 вузла ў дыяпазоне 13,8 км. Аптымальная разліковая памылка азімута можа дасягаць 5 ◦ , а шырыня прамяня 3 дБ можа дасягаць каля 10 ◦ на адлегласці 2 км.

 

Вектарны канал вектарнага гідрафона мае незалежную ад частоты дыпольную накіраванасць і валодае здольнасцю супрацьстаяць ізатропным шумавым перашкодам. Вектарны гідрафон можа дасягнуць арыентацыі без размытасці ў прасторы, што забяспечвае рашэнне для выяўлення мэты на невялікай падводнай платформе, абсталяванай акустычнымі датчыкамі.

 

Перавага прасторы. У апошнія гады з бесперапынным удасканаленнем Тэхналогія датчыка вектарнага гідрафона таксама актыўна прымяняецца тэхналогія апрацоўкі вектарнага сігналу. Кіруючы попытам, яна хутка развівалася. У параўнанні са звычайнымі гідрафонамі гукавога ціску, вектарныя гідрафоны забяспечваюць больш поўную інфармацыю аб гукавым полі. Ён можа не толькі вымяраць скалярную велічыню гукавога поля, але і атрымліваць вектарныя характарыстыкі гукавога поля, што значна пашырае прастору апрацоўкі сігналу. Існуе шмат алгарытмаў ацэнкі азімута мэты, заснаваных на аднавектарных гідрафонах, але ў цэлым іх можна падзяліць на дзве катэгорыі ў адпаведнасці з прынцыпам пеленгавання: адна - гэта ацэнка азімута на аснове патоку гукавой энергіі; другі - разглядаць кожны канал вектарнага гідрафона як шматэлементны масіў, кожны п'езаэлемент размешчаны прыкладна ў адной і той жа кропцы прасторы, а існуючы метад апрацоўкі сігналаў масіва прымяняецца да аднавектарнага гідрафона з выкарыстаннем характарыстык масіва патокаў самога аднаго вектарнага гідрафона. Розныя алгарытмы пеленгавання цэлі вектарных гідрафонаў маюць свае перавагі і недахопы. Сярод іх алгарытм гістаграмы мае лепшую надзейнасць і прадукцыйнасць ацэнкі азімута мэты, чым іншыя алгарытмы, і мае магчымасць падаўляць вузкапалосныя і моцныя перашкоды ў лінейным спектры. Гэта асабліва падыходзіць для прымянення ў машынабудаванні. У гэтым артыкуле аналізуецца і абагульняецца алгарытм пеленгавання гістаграмы на аснове аднаго вектарнага гідрафона, а таксама прапануецца аўтаномны алгарытм выяўлення і суправаджэння падводных мэтаў на аснове азімута мэты 

Мал. 6 - крывая сцяга аўтаномнага суправаджэння мэты з стаўленнем сігнал/шум у адпаведнасці з алгарытмам аўтаномнага выяўлення і суправаджэння мэты, прапанаваным у раздзеле 1. Флаг 1 суправаджэння мэты паказвае, што алгарытм забяспечвае суправаджэнне мэты, і гэта азначае, што суправаджэнне мэты не дасягнута. На малюнку 6 відаць, што калі стаўленне сігнал/шум больш за 7 дБ, алгарытм гістаграмы можа дасягнуць аўтаномнага суправаджэння мэты.

2.2 Аналіз выпрабаванняў танка

Каб асвоіць эфектыўнасць выяўлення мэты алгарытму гістаграмы аднавектарнага гідрафона, эфектыўнасць выяўлення мэты аднавектарнага гідрафона была праведзена ў безэхавой зоне.

У праверачным выпрабаванні UW350 выкарыстоўваўся ў якасці крыніцы гуку падчас выпрабаванняў, а глыбіня складала 3 м пад вадой. Сігнал, які выкарыстоўваецца ў тэсце, з'яўляецца шырынёй выхаднога сігналу крыніцы. Пры белым шуме Гаўса размах выходнага размаху ўсталёўваецца на 10 мВ, 20 мВ, 25 мВ, 50 мВ, 100 мВ, 1 В і 10 В адпаведна.

 

Час перадачы сігналу складае 60 с, а ўзровень выпраменьвання гуку ад крыніцы слабога сігналу разлічваецца па формуле 20 lg (A1/A2), дзе A1 і A2 — размах выхаду налады крыніцы сігналу. Узровень крыніцы гуку, які выпраменьвае сігнал, можна разлічыць у адпаведнасці з адлегласцю паміж вектарным гідрафонам і крыніцай гуку, каб атрымаць стаўленне сігнал/шум кожнага канала вектарнага гідрафона. У табліцы 1 паказаны вынікі шырокапалоснага сярэдняга адносіны сігнал/шум сігналу крыніцы гуку, атрыманага кожным каналам вектарнага гідрафона, і дадзена сярэдняе значэнне адносіны сігнал/шум кожнага канала пры розных інтэнсіўнасцях выпраменьвання крыніцы гуку. Відаць, што размах выхаднога сігналу ад крыніцы сігналу складае Пры 10 мВ, 20 мВ, 25 мВ, 50 мВ, 100 мВ, 1 В і 10 В шырокапалоснае сярэдняе стаўленне сігнал/шум сігналу крыніцы гуку, атрыманага вектарным гідрафонам, складае 13 дБ, 7 дБ, 5 дБ адпаведна, 1 дБ, 7 дБ, 27 дБ і 47 дБ. Сем сігналаў суадносін сігнал/шум апрацоўваюцца асобна з дапамогай алгарытму гістаграмы. Разлічаныя вынікі ацэнкі азімута змяняюцца з часам, як паказана на малюнку 7. На малюнку таксама пазначана размах выхаднога сігналу і вектарнага гідрафона ў кожны перыяд часу. Стаўленне сігнал/шум прымача. На малюнку 7 відаць, што разліковы азімут мэты крыніцы гуку паступова стабілізуецца па меры павелічэння прыманага адносіны сігнал/шум і ў асноўным супадае з сапраўдным азімутам. На малюнках 8 і 9 адпаведна паказаны хібнасць ацэнкі азімута і шырыня спектру па азімуце 3 дБ сігналаў адносіны сігнал/шум, выпраменьваных сямю крыніцамі гуку з дапамогай алгарытму гістаграмы. Каэфіцыент павялічваецца і паступова памяншаецца. Памылка пеленгацыі павялічваецца, калі крыніца гуку выпраменьвае размах шумавога сігналу 10 В у параўнанні з размахам 1 В. Гэта звязана з тым, што крыніца гуку выпраменьвае сігнал высокага ўзроўню крыніцы гуку.

 

 

Акустычны пул няпоўнасцю аслаблены ў дыяпазоне нізкіх частот, і ёсць моцнае адлюстраванне на паверхні падзелу; калі стаўленне сігнал/шум складае 7 дБ, памылка пеленгавання складае каля 8 ◦, 3 дБ квадрат

Шырыня бітавага спектру складае каля 23◦; калі стаўленне сігнал/шум больш за 1 дБ, памылка пеленгавання і шырыня спектру па азімуце 3 дБ меншыя за 4◦ і 19◦ адпаведна. Малюнак 10 - крывая маркі суправаджэння мэты, разлічаная ў адпаведнасці з алгарытмам аўтаномнага выяўлення і суправаджэння мэты з інтэнсіўнасцю сігналу выпраменьвання крыніцы гуку, які можна ўбачыць. Калі стаўленне сігнал/шум складае 7 дБ, алгарытм гістаграмы можа рэалізаваць аўтаномнае суправаджэнне мэты крыніцы гуку.

 

2.3 Аналіз марскіх выпрабаванняў

Выкарыстоўваючы дадзеныя з Падводны акустычны датчык буй Праверка прадукцыйнасці выяўлення мэтаў Дадзеныя выпрабаванняў, праведзеных у паўночных водах Паўднёва-Кітайскага мора ў жніўні 2019 года, алгарытм гістаграмы аднавектарнага гідрафона выкарыстоўваўся для аналізу эфектыўнасці выяўлення марскіх мэтаў. Глыбіня доследнага марскога ўчастка складае каля 1500 м. Падчас выпрабавання ўмовы надвор'я добрыя, а хуткасць ветру роўная прыкладна 2-му ўзроўню. Вынікі вымярэнняў карабельнага тэрмасалявога вымяральніка глыбіні паказваюць, што профіль хуткасці гуку ўяўляе сабой аднастайны пласт на глыбіні 40 м і 40 200 м. Унутры знаходзіцца галоўны пераходны пласт хуткасці гуку, а вось галасавога гасцінца знаходзіцца на глыбіні каля 1000 м. У выпрабавальны дзень з 12:33 да 14:02 надводны карабель даўжынёй 42 м, шырынёй 6 м і хуткасцю 8,4 вузла праходзіў каля падводнага акустычнага буя па курсе 301°. У перыяд надводная карабельная і падводная акустыка. Адлегласць буя складае каля 2 км у самы кароткі час і 13,8 км у самы далёкі час. Сітуацыйная дыяграма прадстаўлена на малюнку 11. На малюнку 12 паказана параўнанне вынікаў разліковага азімута мэты надводнага карабля, разлічанага па алгарытме гістаграмы, і рэальнага азімута. Відаць, што алгарытм гістаграмы можа дасягнуць мэты надводнага карабля на працягу ўсяго перыяду часу 12:33-14:02.

На малюнках 13 і 14 адпаведна паказаны алгарытм гістаграмы для памылкі пеленгацыі надводнага карабля і крывая залежнасці шырыні спектру азімута 3 дБ ад часу ў перыяд часу 12:33-14:02. Відаць, што памылка пеленгавання з'яўляецца найлепшай. Яна можа дасягаць 5 ◦, а шырыня спектру па азімуце 3 дБ можа дасягаць каля 10 ◦ паблізу блізкай кропкі месцазнаходжання; акрамя таго, з-за адхіленні падводнага становішча падводнага акустычнага буя адлегласць паміж надводным караблём і платформай буя адносна блізкая. Хібнасць пеленгацыі з часам павялічваецца. Малюнак 15 - крывая маркі суправаджэння мэты ў часе, разлічаная алгарытмам аўтаномнага выяўлення і суправаджэння мэты. Відаць, што алгарытм дазваляе забяспечваць аўтаномнае суправаджэнне мэты на ўсёй далёкасці для надводнага судна з хуткасцю 8,4 вузла на дыстанцыі 13,8 км.

 

3 Заключэнне

У гэтым артыкуле прапануецца метад аўтаномнага выяўлення і адсочвання падводны ультрагукавой датчык і выкарыстоўвае разлікі мадэлявання, выпрабаванні безэхавой ёмістасці і аналіз марскіх выпрабаванняў для абагульнення на аснове аднавектарнай вады. Алгарытм гістаграмы слухача меў стандартную прадукцыйнасць выяўлення. Вынікі камп'ютэрнага мадэлявання і даныя выпрабаванняў безэхавой пула паказваюць, што суадносіны сігнал/шум, патрабаванае алгарытмам гістаграмы для дасягнення аўтаномнага сачэння, павінна быць больш за 7 дБ, у гэты час памылка пеленгавання складае каля 8°, а шырыня спектру па азімуце ў 3 дБ складае каля 20°. Дадзеныя марскіх выпрабаванняў паказваюць, што пры добрых гідралагічных умовах у глыбокім моры алгарытм гістаграмы можа дасягнуць поўнага выяўлення і суправаджэння мэты на адлегласці 13,8 км для надводнага судна са хуткасцю 8,4 вузла, а найлепшая памылка пеленгацыі можа дасягаць 5°. Шырыня спектру па азімуце ў 3 дБ можа дасягаць каля 10 ◦ паблізу бліжэйшага месца.