Anailís ar fheidhmíocht braite an algartam aimsithe treorach hidreafóin hidreafóin aonair

Algartam histeagraim a tá stóinseacht mhaith ag hidreafón aon-veicteora agus spriocfheidhmíocht meastacháin azimuth. Déanann an t-alt seo anailís agus achoimre ar fheidhmíocht braite sprice an algartam histeagraim, agus molann sé braite uathrialach ar spriocanna faoi uisce bunaithe ar mheastachán azimuth sprice. Algartam rianaithe, is féidir leis an algartam seo braite uathrialach a bhaint amach maidir le láithreacht nó easpa spriocanna san uisce. Léiríonn torthaí tástála linne ionsamhlúcháin agus anechoic gur gá go mbeadh an cóimheas comhartha-go-torann a theastaíonn ón algartam histeagraim chun rianú uathrialach sprice a bhaint amach níos mó ná −7 dB. Ag an am seo, tá an earráid aimsithe treorach thart ar 8◦, agus tá leithead speictream azimuth −3 dB thart ar 20◦. Léiríonn an anailís ar shonraí tástála mara gur féidir leis an algartam histeagraim braite agus rianú iomlán na sprice a bhaint amach laistigh d’achar 13.8 km le haghaidh soitheach dromchla le luas 8.4 kn, le earráid aimsithe treo optamach de 5◦, agus imthacaí −3 dB ar fad 2 km. Is féidir le leithead speictreach 10◦ a bhaint amach

 

 

An cainéal veicteoir an braiteoir hidreafóin veicteora , agus tá an cumas aige cur i gcoinne cur isteach torainn iseatrópach. Is féidir le hidreafón veicteoir treoshuíomh lán-spás gan doiléir a bhaint amach, a sholáthraíonn réiteach le haghaidh braite sprice ar ardáin bheaga faoi uisce atá feistithe le braiteoirí fuaimiúla faoi uisce. Tá treoshuíomh dépholach neamhspleách ag

an buntáiste a bhaineann leis an spás. Le blianta beaga anuas, le feabhas leanúnach ar theicneolaíocht hidreafóin veicteora, tá teicneolaíocht próiseála comhartha veicteora á cur i bhfeidhm freisin go cumhachtach.Tiomáinte ag éileamh, d'fhorbair sé go tapa. I gcomparáid le hidreafóin brú fuaime traidisiúnta, soláthraíonn hidreafóin veicteora faisnéis réimse fuaime níos cuimsithí. Ní féidir ach scála an réimse fuaime a thomhas, agus is féidir tréithe veicteoir an réimse fuaime a fháil freisin, rud a leathnaíonn go mór an spás próiseála comhartha. Tá go leor halgartaim meastacháin azimuth sprice bunaithe ar hidreafóin veicteoir aonair, go ginearálta, is féidir iad a roinnt ina dhá chatagóir de réir phrionsabal an aimsiú treorach: is é ceann amháin meastachán azimuth bunaithe ar shreabhadh fuaime fuinnimh; is é an ceann eile féachaint ar gach cainéal den hidreafón veicteora. Is sraith ilghnéitheach é, tá gach eilimint thart ar an suíomh céanna sa spás, agus cuirtear an modh próiseála comhartha eagar atá ann cheana féin i bhfeidhm ar an hidreafón veicteoir aonair trí úsáid a bhaint as saintréithe patrún sreabhadh eagair an hidreafóin veicteora aonair féin. I gcomparáid le halgartaim eile, tá láidreacht níos fearr agus feidhmíocht meastachán treoshuímh sprice ag an algartam histeagram meánach, agus tá an cumas aige leathanbhanda agus trasnaíocht láidir speictrim líne a chosc, atá oiriúnach go háirithe d'fheidhmchláir innealtóireachta. Déanann an páipéar seo anailís agus achoimre ar algartam aimsithe treo an histeagram bunaithe ar hidreafón veicteoir amháin, agus molann sé algartam braite agus rianaithe uathrialaitheach do spriocanna faoi uisce bunaithe ar mheastachán ar an spriocthreoshuíomh, ag baint úsáide as insamhalta ríomhaire, sonraí tomhais linn snámha anechoic agus sonraí turgnamh mara anailísithe histeagram agus feidhmíocht braite sprice algartam graf.

 

 

1 Algartam teoiriciúil

1.1 Histeagram algartam aimsithe treo

 

Ní mór don algartam histeagram na meastacháin azimuth sprice a ríomh ar dtús ag pointí minicíochta éagsúla, agus is é an slonn ríomh

θ(f) = artan Re ⟨P∗w(f) × Vyw(f)⟩ Re ⟨P∗w(f) × Vxw(f)⟩ = artan ⟨Iy(i, f)

⟨Ix(i, f)⟩, (1) I bhfoirmle (1), seasann θ(f) don sprioc-azimuth arna ríomh ag minicíochtaí difriúla f, agus seasann Pw, Vxw, agus Vyw do fhuaimbhrú an hidreafóin veicteora i P agus don chreathadh sa treo x, faoi seach. Bailíonn an cainéal luas agus an cainéal luas creathadh y-treo luachanna speictrim comhartha, agus seasann Ix agus Iy an sreabhadh fuinnimh fuaimiúil sa x-treo agus y-treo, faoi seach. Is féidir a fheiceáil ó chothromóid (1) go bhfuil baint ag an sprioc-azimuth arna ríomh ag cothromóid (1) leis an minicíocht f, agus tá na meastacháin azimuth sprice ag pointí minicíochta éagsúla difriúil. Is féidir an modh chun an sprioc-azimuth a mheas tríd an histeagram a úsáid chun an sprioc-azimuth sa chomhshaol a ríomh. Trasnaíocht caolbhanda agus trasnaíocht speictrim líne láidir, ach nuair a bhíonn spriocanna iolracha sa timpeallacht. Nuair a fhorluíonn na minicíochtaí radaithe torainn a chéile, ní féidir leis an modh histeagraim fíor-azimuth gach sprice a fháil, gan ach sreabhadh fuinnimh fuaime gach sprice.

 

Beidh an comhthreoshuíomh claonta i dtreo an spriocthreoshuímh níos déine. Is é an staidreamh histeagram azimuth an sprioc measta azimuth θ(f) a chomhaireamh san eatramh azimuth comhfhreagrach de réir líon na bpointí minicíochta. Má tá an t-eatramh azimuth roinnte ar 1◦, ansin k = [θ(f) × 180/π], φ (k) = φ(k) + 1, (2) I bhfoirmle (2), is ionann [] agus an oibríocht slánaithe, is é k an luach a fhaightear trí shlánú θ(f), mar θ(f) θ (f) 60, mar shampla θ(f) θ 360◦, ionas go dtiteann azimuth measta an sprioc ar an eatramh [0◦ 360◦), is é φ minicíocht an mheastacháin azimuth ag gach uillinn, agus is é an luach uillinn a fhreagraíonn don luach uasta ná azimuth measta an sprice.

 

1.2

Algartam chun Spriocanna a Bhrath agus a Rianú Uathrialach

An t-algartam uathrialaitheach braite agus rianaithe do spriocanna faoi uisce bunaithe ar mheastachán ar an treoshuíomh sprice. Is é an bunsmaoineamh ná anailís staitistiúil a dhéanamh ar an spriocthreoshuíomh atá measta ag an algartam histeagraim, agus na staitisticí treoshuímh a chur i gcomparáid le tairseacha réamhshocraithe, ar féidir leo a bhrath uathrialach ar spriocanna faoi uisce agus rianú a bhaint amach ar deireadh. Áirítear na cúig chéim seo a leanas sa tsreabhchairt um bhrath agus rianú sprioc uathrialaitheach: (1) Ar dtús, bain úsáid as an algartam hidreafóin aonair veicteoireach chun an treo spásúil iomlán a scanadh chun an azimuth Ag measta den chomhartha faighte a fháil; (2) Úsáid fhíorúil tairiseach Déanann an brathadóir aláraim (braiteoir CA-CFAR) próiseáil leanúnach aláram bréagach ar an spriocthreoshuíomh a fhaightear i gcéim (1); (3) Má mheasann an brathadóir CA-CFAR Ag mar an treoshuíomh comhartha sprice, sanntar an luach Ag don mhaitrís AgT[i], ar shlí eile, sannfar −1 don mhaitrís AgT[i] (i = 1, 2, ·, N); (4) Más mó líon luachanna na maitrís AgT = −1 ná AT (is é AT an tairseach réamhshocraithe , AT

 

Agus an fhréamh mheán earráid chearnógach StdAT á ríomh, má tá StdAT níos lú ná an tairseach StdDT, meastar go bhfuil sprioc ann, agus go ndéantar suíomh na sprice a rianú, nó déan céimeanna (1) ∼ (4) arís. Trí na 5 chéim thuas, is féidir spriocanna faoi uisce a bhrath agus a rianú uathrialach. Is é prionsabal na próiseála CA-CFAR ná nuair a bhíonn sprioc áirithe azimuth á bhrath agus á rianú, mar gheall ar nádúr neamh-stáiseanóireachta na timpeallachta muirí, go bhfuil an dóchúlacht aláraim bréagach éagobhsaí in aice le dóchúlacht braite áirithe, agus tá rianú fíor-ama ar leibhéal torainn an chomhshaoil ​​ag leagan síos is féidir le tairseach ama-éagsúlachta éifeacht braite leanúnach a bhaint amach le sprioc dóchúlacht leanúnach aláraim bhréagach don azimuth. Go ginearálta, is feidhm é an tairseach den dóchúlacht braite agus an dóchúlacht aláram bréagach. Is algartam próiseála comhartha é teicneolaíocht próiseála CA-CFAR a sholáthraíonn an tairseach braite sa chóras braite uathoibríoch agus a íoslaghdaíonn tionchar torainn agus cur isteach ar dhóchúlacht aláraim bréagach an chórais braite. I dteicneolaíocht próiseála CA-CFAR, nuair is gá aonad ar leith a thástáil, tugtar an t-aonad tástála ar an aonad tástála (Cill faoi thástáil, CUT), agus is é an t-aonad samplach a úsáidtear chun an chumhacht torainn timpeall an aonaid tástála a dtugtar an t-aonad tagartha (Tagairt). cealla, RC). D'fhonn cosc ​​a chur ar an spriocchomhartha ó sceitheadh ​​isteach san aonad tagartha, rud a chuirfidh isteach go diúltach ar an meastachán cumhachta torainn, ba cheart cuid den sampla a fhorchoimeád mar chill garda (GC) idir an t-aonad tagartha agus an t-aonad tástála. Tugtar an gaol idir an t-aonad tástála, an t-aonad tagartha agus an t-aonad cosanta.

2 Anailís feidhmíochta braite sprice

Tabharfaidh an chuid seo torthaí insamhalta ríomhaire ar fheidhmíocht braite sprice an algartam histeagraim, agus úsáidfidh sé an linn ainchoic agus sonraí tástála farraige chun anailís a dhéanamh ar an

Aimsiú treo sprice algartam agus feidhmíocht rianú uathrialach. Ar mhaithe le simplíocht, ní dhéanann an t-alt seo ach anailís ar spriocstaid aonair.

2.1 Anailís ionsamhlúcháin

Is iad seo a leanas na coinníollacha insamhalta: ag cur san áireamh go bhfuil comhartha sprioc leathanbhanda teagmhasach ar hidreafón veicteoir amháin le azimuth teagmhais de 100◦, agus an cóimheas comhartha-go-torann (Cóimheas Comhartha le torann (SNR)) sa bhanna minicíochta céanna socraithe go −20 ∼ 16 dB, le eatraimh 2 dB, is é an torann breise a bhaineann le torann agus torann Gaussian, níl an torann breise bainteach le torann Gausian. 20 kHz. Is é fad sonraí gach próiseas ríofa ná 5 s, agus atáirgeadh 75% de na sonraí sa fhuinneog ama.

Déantar an ráta cruachta a fhoroinnt i 17 bpíosa sonraí le fad 1 s, agus déantar 32768-point Fast Fourier Transform (Fast Fourier Transform) ar gach píosa data.form, FFT) ríomh, is é an banna minicíochta próiseála 200 Hz ∼3 kHz, úsáidtear 17 grúpa de speictream fuaimdhéine chun críche an algartaim, agus déantar an meán algartam a ríomh agus a mheán.

Treoshuíomh caighdeánach measta. Léiríonn Figiúr 3 na torthaí meastachán azimuth an algartam histeagram ag baint úsáide as na coinníollacha insamhalta thuas mar fheidhm den chóimheas comhartha-go-torann (is é sin, athraíonn an speictream azimuth normalaithe leis na hathruithe cóimheas torainn signal.The, agus is é an speictream azimuth an aimplitiúid i azimuths éagsúla), agus 200 neamhspleách Monte Carlo cóimheas ionsamhladh-Is féidir le feiceáil faoi gach turgnaimh insamhalta-Is féidir a bheith measta faoi na turgnaimh insamhladh de Monte Carlo-Feictear. éiríonn stair azimuth soiléir de réir a chéile de réir mar a mhéadaíonn an cóimheas comhartha-go-torann. Chun cur síos cainníochtúil a dhéanamh ar fheidhmíocht meastachán treoshuímh sprice an algartam histeagraim, Figiúr 4 agus Fíor 5. Tugtar cuar earráid aimsithe treorach agus leithead speictrim azimuth −3 dB i gcoinne SNR faoi seach. Is féidir a fheiceáil, nuair a bhíonn an cóimheas comhartha le torann −7 dB, go bhfuil an aimsiú treo .Tá an earráid thart ar 8◦, agus tá leithead speictrim azimuth −3 dB thart ar 19◦; nuair is mó an cóimheas comhartha-go-torann ná 0 dB, tá an earráid aimsithe treorach agus leithead speictrim azimuth −3 dB faoi seach níos lú ná 3◦ agus 7◦

Is é Figiúr 6 cuar an spriocbhrait rianaithe uathrialaitheach leis an gcóimheas comhartha-go-torann de réir an sprioc-algartam braite agus rianaithe uathrialaitheach atá beartaithe i Roinn 1. Léiríonn bratach rianaithe sprioc 1 go n-éiríonn leis an algartam rianú sprice, agus ciallaíonn 0 nach mbaintear amach an sprioc-rianú. Is féidir a fheiceáil ó Fhíor 6, nuair a bhíonn an cóimheas comhartha-go-torann níos mó ná −7 dB.Is féidir le algartam histeagram ama sprioc uathrialach a bhaint amach .

2.2 Anailís tástála umar

D'fhonn feidhmíocht braite sprice an algartam histeagraim hidreafóin aon-veicteora a mháistir, rinneadh tástáil fíoraithe feidhmíochta braite targaide hidreafóin aon-veicteora i linn snámha anechoic. Baineadh úsáid as UW350 mar an sprioc foinse fuaime le linn na tástála, agus baineadh úsáid as an doimhneacht le haghaidh 3 m faoi uisce. Is é an comhartha a úsáidtear sa tástáil an leithead an fhoinse comhartha output.With Gaussach torann bán, tá an luach aschur buaic-go-buaic socraithe go dtí 10 mV, 20 mV, 25 mV, 50 mV, 100 mV, 1 V, agus 10 V faoi seach. Is é 60 s an t-am tarchurtha do gach comhartha, agus téann leibhéal foinse fuaime an astaithe comhartha beag thar an bhfoirmle 20 lg (A1/A2), áit a bhfuil A1 agus A2 mar luachanna buaic-go-buaic na socruithe foinse comhartha. Ón leibhéal foinse fuaime astaithe comhartha, is féidir an cóimheas comhartha-go-torann de gach cainéal den hidreafón veicteora a ríomh bunaithe ar an achar idir an hidreafón veicteora agus an fhoinse fuaime. Taispeánann Tábla 1 torthaí an mheánchóimheas comhartha-go-torann leathanbhanda den chomhartha foinse fuaime a fhaigheann gach cainéal den hidreafón veicteoir, agus tugann sé meánluach an chóimheas comhartha-go-torann de gach cainéal faoi dhéine astaíochtaí éagsúla foinse fuaime. Is féidir a fheiceáil go bhfuil luach buaic-go-buaic aschuir na foinse comhartha faoi seach Ag 10 mV, 20mV, 25mV, 50 mV, 100 mV, 1 V agus 10 V, an trasduchtóir fuaimiúil leathanbhanda is é an meánchóimheas comhartha-go-torann an comhartha foinse fuaime a fhaigheann an hidreafón veicteoireach ná −13 dB, −7 dB, −5 dB, 1 dB, 7 dB, 27 dB agus 47 dB.

 

Déantar na seacht gcóimheas comhartha-go-torann a phróiseáil ar leithligh ag baint úsáide as an algartam histeagraim. Athraíonn na torthaí meastacháin azimuth ríofa le ham mar a thaispeántar i bhFíor 7. Léiríonn an figiúr luach buaic-go-buaic aschuir an chomhartha agus an hidreafón veicteoireach i ngach tréimhse ama. Cóimheas comhartha-go-torann glacadóra. Is féidir a fheiceáil ó Fhíor 7 go ndéanann azimuth measta an sprioc foinse fuaime cobhsú de réir a chéile de réir mar a mhéadaíonn an cóimheas comhartha-go-torann a fuarthas agus go bunúsach ag an am céanna leis an bhfíor-azimuth. Léiríonn Fíor 8 agus Fíor 9 faoi seach an earráid meastacháin azimuth agus −3 dB speictream azimuth leithead na gcomharthaí comhartha-go-torann a astaíonn na seacht bhfoinse fuaime ag an algartam histeagram. Méadaíonn an cóimheas agus laghdaítear de réir a chéile. Méadaítear an earráid aimsithe treorach nuair a astaíonn an fhoinse fuaime comhartha torainn buaic-go-buaic 10 V i gcomparáid le buaic-go-buaic 1V. Tá sé seo toisc go n-astaíonn an fhoinse fuaime comhartha leibhéal foinse fuaime ard.

Tá laghdú torainn neamhiomlán ag an linn snámha sa bhanna minicíochta íseal agus tá machnamh láidir comhéadan ann; nuair is é −7 dB an cóimheas comhartha-go-torann, tá an earráid treo-aimsithe thart ar 8 °, agus tá leithead an speictrim azimuth −3 dB thart ar 23 °; agus nuair a bhíonn an cóimheas comhartha-go-torann níos mó ná Ag 1 dB, tá an earráid treo-aimsithe agus leithead speictream azimuth −3 dB níos lú ná 4◦ agus 19◦, faoi seach. Is é Figiúr 10 cuar an marc rianaithe sprice le déine an chomhartha astaithe foinse fuaime arna ríomh de réir an sprioc-algartam braite agus rianaithe uathrialach. Is féidir a fheiceáil, nuair is é −7 dB an cóimheas comhartha-go-torann, is féidir leis an algartam histeagraim rianú uathrialach a bhaint amach ar an sprioc foinse fuaime.

 

 

2.3 Anailís tástála mara

 

Ag baint úsáide as sonraí ó na sonraí tástála feidhmíochta braite sprioc baoi fuaimiúil faoi uisce a rinneadh in uiscí thuaidh Mhuir na Síne Theas i mí Lúnasa 2019, baineadh úsáid as an algartam histeagram hidreafóin aon-veicteora chun anailís a dhéanamh ar fheidhmíocht braite spriocanna muirí. Tá doimhneacht an limistéir farraige tástála thart ar 1500 m. Le linn na tréimhse tástála, tá na coinníollacha aimsire go maith agus an ghaoth.

 

 

Tá an luas thart ar leibhéal 2. Léiríonn torthaí tomhais na hionstraime doimhneacht thermosalt tréigean long-iompartha go bhfuil an próifíl treoluas fuaime ciseal aonfhoirmeach laistigh de dhoimhneacht 40 m, agus go bhfuil an príomhchiseal tubaisteach treoluas fuaime laistigh de dhoimhneacht 40 ∼ 200 m, agus tá an ais cainéal fuaime ag 1000 m. In aice leis an doimhneacht. Le linn an lae tástála ó 12:33-14:02, chuaigh soitheach dromchla le fad 42 m, leithead 6 m, agus luas 8.4 kn in aice leis an baoi fuaimiúil faoi uisce ag ceannteideal 301 °. Le linn na tréimhse, an soitheach dromchla agus an fhuaimíocht faoi uisce Tá fad an bhaoi thart ar 2 km ag an am is giorra agus 13.8 km ag an am is faide. Tugtar cairt chomparáide den sprioc-thoradh meastacháin azimuth arna ríomh ag an algartam histeagraim agus fíor-azimuth na loinge dromchla, agus is féidir a fheiceáil go bhfuil an algartam histeagram san am iomlán 12:33-14:02.

 

Léiríonn Fíor 13 agus Fíor 14 faoi seach an t-algartam histeagraim chuig an earráid aimsithe treo sprice long dromchla agus cuar athraithe leithead speictrim azimuth −3 dB le ham sa tréimhse ama 12:33-14:02. Is féidir a fheiceáil gurb é an earráid treo-aimsithe is fearr is féidir leis a bhaint amach laistigh de 5 °, agus is féidir le leithead speictrim azimuth −3 dB a bhaint amach thart ar 10 ° in aice leis an bpointe garshuímh; ina theannta sin, mar gheall ar dhiall seasamh measta faoi uisce an bhaoi fuaimiúil faoi uisce, tá an fad idir an long dromchla agus an t-ardán baoi níos dlúithe Méadaíonn an earráid aimsithe treorach ag an am. Is é Fíor 15 cuar an mhairc rianaithe sprice le himeacht ama arna ríomh ag an sprioc-algartam braite agus rianaithe uathrialach. Is féidir a fheiceáil gur féidir leis an algartam rianú sprioc uathrialach a bhaint amach ar fud an raon iomlán le haghaidh soitheach dromchla le luas 8.4 kn laistigh d'achar 13.8 km.

 

3 Conclúid

Ag díriú ar riachtanais iarratais innealtóireachta hidreafóin veicteoir aonair ar ardáin gan fhoireann faoi uisce, molann an páipéar seo modh aimsithe agus rianú uathrialach ar spriocanna faoi uisce. Léiríonn torthaí ionsamhlúcháin ríomhaire agus sonraí tástála umar anechoic go n-éiríonn leis an algartam histeagraim an cóimheas comhartha-go-torann a theastaíonn le haghaidh rianú uathrialach. Léiríonn na sonraí tástála farraige go bhfuil an fharraige domhain coinníollacha hidreolaíocha maith, is féidir leis an algartam histogram a bhaint amach sprioc iomlán a bhrath agus a rianú le haghaidh soitheach dromchla le luas de 8.4 kn laistigh d'achar de 13.8 km.Is féidir leis an earráid treo-aimsiú is fearr a bhaint amach 5◦, agus is féidir leis an leithead speictream azimuth −3 dB bhaint amach 10◦ in aice leis an suíomh gar.