एकल वेक्टर हाइड्रोफोन विंडोड हिस्टोग्राम एल्गोरिदम के लिए लक्ष्य पहचान प्रदर्शन का विश्लेषण

के लिए लक्ष्य पहचान प्रदर्शन का विश्लेषण के हिस्टोग्राम एल्गोरिथम  सिंगल वेक्टर हाइड्रोफोन  

एकल वेक्टर हाइड्रोफोन के हिस्टोग्राम एल्गोरिदम में अच्छी मजबूती और लक्ष्य अज़ीमुथ अनुमान प्रदर्शन है। यह पेपर हिस्टोग्राम एल्गोरिथ्म के लक्ष्य का पता लगाने के प्रदर्शन का विश्लेषण और सारांश प्रस्तुत करता है, और इसके लिए एक स्वायत्त पहचान और ट्रैकिंग एल्गोरिदम है पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर प्रस्तावित किया गया था। लक्ष्य के अनुमानित अज़ीमुथ के आधार पर कंप्यूटर सिमुलेशन और एनेकोइक टैंक परीक्षण के परिणाम बताते हैं कि स्वायत्त ट्रैकिंग के लिए विंडोड हिस्टोग्राम एल्गोरिदम द्वारा आवश्यक सिग्नल-टू-शोर अनुपात 7 डीबी से अधिक होना चाहिए। इस स्थिति के तहत, अनुमानित अज़ीमुथ त्रुटि और 3 डीबी बीम चौड़ाई ◦ और 20 ◦ है। क्रमशः 8 समुद्री परीक्षण के नतीजे बताते हैं कि गहरे समुद्र में अच्छी हाइड्रोलॉजिकल स्थितियों के तहत, विंडोड हिस्टोग्राम एल्गोरिदम 13.8 किमी की सीमा के भीतर 8.4 kn की गति के साथ सतह जहाज के लिए लक्ष्य का पता लगाने और ट्रैकिंग प्राप्त कर सकता है। इष्टतम अनुमानित अज़ीमुथ त्रुटि 5 ◦ तक पहुंच सकती है , और 3 डीबी बीम की चौड़ाई ◦ तक पहुंच सकती है। 2 किमी की दूरी पर लगभग 10

 

वेक्टर हाइड्रोफोन के वेक्टर चैनल में आवृत्ति-स्वतंत्र द्विध्रुवीय प्रत्यक्षता होती है, और इसमें आइसोट्रोपिक शोर हस्तक्षेप का विरोध करने की क्षमता होती है। एक वेक्टर हाइड्रोफोन पूर्ण-स्थान धुंधला-मुक्त अभिविन्यास प्राप्त कर सकता है, जो ध्वनिक सेंसर से लैस एक छोटे पानी के नीचे के प्लेटफॉर्म पर लक्ष्य का पता लगाने के लिए एक समाधान प्रदान करता है।

 

जगह का फायदा. हाल के वर्षों में, निरंतर सुधार के साथ वेक्टर हाइड्रोफोन सेंसर तकनीक, वेक्टर सिग्नल प्रोसेसिंग तकनीक को भी शक्तिशाली ढंग से लागू किया जा रहा है। मांग के अनुसार, यह तेजी से विकसित हुआ है। पारंपरिक ध्वनि दबाव हाइड्रोफोन की तुलना में, वेक्टर हाइड्रोफोन अधिक व्यापक ध्वनि क्षेत्र की जानकारी प्रदान करते हैं। यह न केवल ध्वनि क्षेत्र की अदिश मात्रा को माप सकता है, बल्कि ध्वनि क्षेत्र की वेक्टर विशेषताओं को भी प्राप्त कर सकता है, जो सिग्नल प्रोसेसिंग स्थान का काफी विस्तार करता है। एकल वेक्टर हाइड्रोफ़ोन पर आधारित कई लक्ष्य अज़ीमुथ अनुमान एल्गोरिदम हैं, लेकिन सामान्य तौर पर, उन्हें दिशा खोजने के सिद्धांत के अनुसार दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: एक ध्वनि ऊर्जा प्रवाह के आधार पर अज़ीमुथ अनुमान है; दूसरा, वेक्टर हाइड्रोफोन के प्रत्येक चैनल को एक बहु-तत्व सरणी के रूप में मानना ​​है, प्रत्येक पीजो तत्व अंतरिक्ष में लगभग एक ही बिंदु पर स्थित है, और मौजूदा सरणी सिग्नल प्रोसेसिंग विधि को एकल वेक्टर हाइड्रोफोन के सरणी प्रवाह पैटर्न की विशेषताओं का उपयोग करके एकल वेक्टर हाइड्रोफोन पर लागू किया जाता है। वेक्टर हाइड्रोफोन के विभिन्न लक्ष्य दिशा खोज एल्गोरिदम के अपने फायदे और नुकसान हैं। उनमें से, हिस्टोग्राम एल्गोरिथ्म में अन्य एल्गोरिदम की तुलना में बेहतर मजबूती और लक्ष्य अज़ीमुथ अनुमान प्रदर्शन है, और नैरोबैंड और मजबूत लाइन स्पेक्ट्रम हस्तक्षेप को दबाने की क्षमता है। यह इंजीनियरिंग अनुप्रयोग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। यह पेपर एकल वेक्टर हाइड्रोफोन पर आधारित हिस्टोग्राम दिशा खोज एल्गोरिथ्म का विश्लेषण और सारांश प्रस्तुत करता है, और लक्ष्य अज़ीमुथ के आधार पर पानी के नीचे के लक्ष्यों के लिए एक स्वायत्त पहचान और ट्रैकिंग एल्गोरिदम का प्रस्ताव करता है। 

चित्र 6 धारा 1 में प्रस्तावित लक्ष्य स्वायत्त पहचान और ट्रैकिंग एल्गोरिदम के अनुसार सिग्नल-टू-शोर अनुपात के साथ लक्ष्य स्वायत्त ट्रैकिंग ध्वज का वक्र है। लक्ष्य ट्रैकिंग ध्वज 1 दर्शाता है कि एल्गोरिदम लक्ष्य ट्रैकिंग प्राप्त करता है, और इसका मतलब है कि लक्ष्य ट्रैकिंग हासिल नहीं की गई है। चित्र 6 से देखा जा सकता है कि जब सिग्नल-टू-शोर अनुपात 7 डीबी से अधिक होता है, तो हिस्टोग्राम एल्गोरिदम स्वायत्त लक्ष्य ट्रैकिंग प्राप्त कर सकता है।

2.2 टैंक परीक्षण विश्लेषण

एकल वेक्टर हाइड्रोफोन हिस्टोग्राम एल्गोरिथ्म के लक्ष्य का पता लगाने के प्रदर्शन में महारत हासिल करने के लिए, एकल वेक्टर हाइड्रोफोन के लक्ष्य का पता लगाने के प्रदर्शन को एनेकोइक पूल में किया गया था।

सत्यापन परीक्षण में, UW350 का उपयोग परीक्षण के दौरान ध्वनि स्रोत लक्ष्य के रूप में किया गया था, और गहराई पानी के नीचे 3 मीटर थी। परीक्षण में प्रयुक्त सिग्नल सिग्नल स्रोत आउटपुट की चौड़ाई है। गाऊसी सफेद शोर के साथ, आउटपुट पीक-टू-पीक मान क्रमशः 10 एमवी, 20 एमवी, 25 एमवी, 50 एमवी, 100 एमवी, 1 वी और 10 वी पर सेट किया गया है।

 

सिग्नल ट्रांसमिशन का समय 60 सेकंड है, और छोटे सिग्नल उत्सर्जन ध्वनि स्रोत स्तर की गणना सूत्र 20 एलजी (ए1/ए2) द्वारा की जाती है, जहां ए1 और ए2 सिग्नल स्रोत सेटिंग आउटपुट के शिखर-से-शिखर मान हैं। वेक्टर हाइड्रोफोन के प्रत्येक चैनल के सिग्नल-टू-शोर अनुपात को प्राप्त करने के लिए सिग्नल-उत्सर्जक ध्वनि स्रोत स्तर की गणना वेक्टर हाइड्रोफोन और ध्वनि स्रोत के बीच की दूरी के अनुसार की जा सकती है। तालिका 1 वेक्टर हाइड्रोफोन के प्रत्येक चैनल द्वारा प्राप्त ध्वनि स्रोत सिग्नल के ब्रॉडबैंड औसत सिग्नल-टू-शोर अनुपात के परिणाम दिखाती है, और विभिन्न ध्वनि स्रोत उत्सर्जन तीव्रता के तहत प्रत्येक चैनल के सिग्नल-टू-शोर अनुपात का औसत मूल्य देती है। यह देखा जा सकता है कि सिग्नल स्रोत आउटपुट का पीक-टू-पीक मान 10 एमवी, 20 एमवी, 25 एमवी, 50 एमवी, 100 एमवी, 1 वी और 10 वी पर है, वेक्टर हाइड्रोफोन द्वारा प्राप्त ध्वनि स्रोत सिग्नल का ब्रॉडबैंड औसत सिग्नल-टू-शोर अनुपात क्रमशः 13 डीबी, 7 डीबी, 5 डीबी, 1 डीबी, 7 डीबी, 27 डीबी और है। 47 डीबी. सात सिग्नल-टू-शोर अनुपात संकेतों को हिस्टोग्राम एल्गोरिथ्म का उपयोग करके अलग से संसाधित किया जाता है। गणना किए गए अज़ीमुथ अनुमान के परिणाम समय के साथ बदलते हैं जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है। यह आंकड़ा प्रत्येक समय अवधि में सिग्नल आउटपुट और वेक्टर हाइड्रोफोन के शिखर-से-शिखर मान को भी चिह्नित करता है। रिसीवर सिग्नल-टू-शोर अनुपात। यह चित्र 7 से देखा जा सकता है कि ध्वनि स्रोत लक्ष्य का अनुमानित अज़ीमुथ धीरे-धीरे स्थिर हो जाता है क्योंकि प्राप्त सिग्नल-टू-शोर अनुपात बढ़ता है और मूल रूप से वास्तविक अज़ीमुथ के साथ मेल खाता है। चित्र 8 और चित्र 9 क्रमशः हिस्टोग्राम एल्गोरिदम द्वारा सात ध्वनि स्रोतों द्वारा उत्सर्जित सिग्नल-टू-शोर अनुपात संकेतों की एज़िमुथ अनुमान त्रुटि और 3 डीबी एज़िमुथ स्पेक्ट्रम चौड़ाई दिखाते हैं। अनुपात बढ़ता है और धीरे-धीरे घटता है। दिशा खोजने में त्रुटि तब बढ़ जाती है जब ध्वनि स्रोत 1 वी पीक-टू-पीक की तुलना में 10 वी का पीक-टू-पीक शोर संकेत उत्सर्जित करता है। ऐसा ध्वनि स्रोत द्वारा उच्च ध्वनि स्रोत स्तर सिग्नल उत्सर्जित करने के कारण होता है।

 

 

ध्वनिक पूल कम आवृत्ति बैंड में अपूर्ण रूप से क्षीण होता है और मजबूत इंटरफ़ेस प्रतिबिंब होता है; जब सिग्नल-टू-शोर अनुपात 7 डीबी है, तो दिशा खोजने में त्रुटि लगभग 8 ◦, 3 डीबी वर्ग है

बिट स्पेक्ट्रम की चौड़ाई लगभग 23◦ है; जब सिग्नल-टू-शोर अनुपात 1 डीबी से अधिक होता है, तो दिशा खोजने में त्रुटि और 3 डीबी एज़िमुथ स्पेक्ट्रम चौड़ाई क्रमशः 4◦ और 19◦ से कम होती है। चित्र 10 ध्वनि स्रोत उत्सर्जन सिग्नल की तीव्रता के साथ लक्ष्य स्वायत्त पहचान और ट्रैकिंग एल्गोरिदम के अनुसार गणना किए गए लक्ष्य ट्रैकिंग चिह्न का वक्र है, जिसे देखा जा सकता है। जब सिग्नल-टू-शोर अनुपात 7 डीबी होता है, तो हिस्टोग्राम एल्गोरिदम ध्वनि स्रोत की स्वायत्त ट्रैकिंग का एहसास कर सकता है लक्ष्य.

 

2.3 समुद्री परीक्षण विश्लेषण

से डेटा का उपयोग करना अंडरवाटर ध्वनिक सेंसर बोया लक्ष्य का पता लगाने के प्रदर्शन सत्यापन परीक्षण डेटा का उपयोग समुद्री लक्ष्यों के पता लगाने के प्रदर्शन का विश्लेषण करने के लिए एकल-वेक्टर हाइड्रोफोन के हिस्टोग्राम एल्गोरिदम का उपयोग किया गया था। अगस्त 2019 में दक्षिण चीन सागर के उत्तरी जल में किए गए परीक्षण समुद्री क्षेत्र की गहराई लगभग 1500 मीटर है। परीक्षण के दौरान, मौसम की स्थिति अच्छी है और हवा की गति लगभग स्तर 2 है। जहाज-जनित परित्याग थर्मो-नमक गहराई मीटर के माप परिणाम बताते हैं कि ध्वनि वेग प्रोफ़ाइल 40 मीटर की गहराई और 40 200 मीटर की गहराई के भीतर एक समान परत है। अंदर ध्वनि वेग की मुख्य संक्रमण परत है, और स्वर पथ की धुरी 1000 मीटर के करीब गहराई पर है। परीक्षण के दिन 12:33-14:02 के दौरान, 42 मीटर की लंबाई, 6 मीटर की चौड़ाई और 8.4 kn की गति वाला एक सतह जहाज 301° की हेडिंग पर पानी के नीचे ध्वनिक बोया के पास से गुजरा। इस अवधि के दौरान, सतह जहाज और पानी के नीचे ध्वनिकी। बोया की दूरी सबसे कम समय में लगभग 2 किमी और सबसे दूर के समय में 13.8 किमी है। स्थिति आरेख चित्र 11 में दिखाया गया है। चित्र 12 हिस्टोग्राम एल्गोरिदम द्वारा गणना की गई सतह जहाज के लक्ष्य अज़ीमुथ के अनुमानित अज़ीमुथ परिणामों और वास्तविक अज़ीमुथ के बीच तुलना दिखाता है। यह देखा जा सकता है कि हिस्टोग्राम एल्गोरिदम पूरे 12:33-14:02 समय अवधि के दौरान सतह जहाज के लक्ष्य को प्राप्त कर सकता है।

चित्र 13 और चित्र 14 क्रमशः 12:33-14:02 की समय अवधि में सतह जहाज लक्ष्य दिशा खोजने में त्रुटि और 3 डीबी अज़ीमुथ स्पेक्ट्रम चौड़ाई बनाम समय वक्र के लिए हिस्टोग्राम एल्गोरिदम दिखाते हैं। यह देखा जा सकता है कि दिशा खोजने में त्रुटि सबसे अच्छी है, यह 5 ◦ के भीतर पहुंच सकती है, और 3 डीबी अज़ीमुथ स्पेक्ट्रम की चौड़ाई करीब स्थान बिंदु के करीब 10 ◦ तक पहुंच सकती है; इसके अलावा, पानी के नीचे ध्वनिक बोया की पानी के नीचे की स्थिति के विचलन के कारण, सतह जहाज और बोया प्लेटफॉर्म के बीच की दूरी अपेक्षाकृत करीब है। समय पर दिशा ज्ञात करने में त्रुटि बढ़ जाती है। चित्र 15 लक्ष्य स्वायत्त पहचान और ट्रैकिंग एल्गोरिदम द्वारा गणना किए गए समय के साथ लक्ष्य ट्रैकिंग चिह्न का वक्र है। यह देखा जा सकता है कि एल्गोरिदम 13.8 किमी की दूरी के भीतर 8.4 kn की गति के साथ सतह के जहाज के लिए पूरी रेंज में स्वायत्त लक्ष्य ट्रैकिंग प्राप्त कर सकता है।

 

3 निष्कर्ष

पानी के नीचे मानव रहित प्लेटफार्मों पर एकल-वेक्टर हाइड्रोफोन की इंजीनियरिंग अनुप्रयोग आवश्यकताओं को ध्यान में रखते हुए, यह पेपर स्वायत्त पहचान और ट्रैकिंग के लिए एक विधि का प्रस्ताव करता है पानी के नीचे अल्ट्रासोनिक सेंसर , और एकल-वेक्टर पानी के आधार पर सारांशित करने के लिए सिमुलेशन गणना, एनीकोइक टैंक परीक्षण और समुद्री परीक्षण विश्लेषण का उपयोग करता है। श्रोता के हिस्टोग्राम एल्गोरिदम में मानक पहचान प्रदर्शन था। कंप्यूटर सिमुलेशन और एनेकोइक पूल परीक्षण डेटा के नतीजे बताते हैं कि स्वायत्त ट्रैकिंग प्राप्त करने के लिए हिस्टोग्राम एल्गोरिदम द्वारा आवश्यक सिग्नल-टू-शोर अनुपात 7 डीबी से अधिक होना चाहिए, इस समय दिशा खोजने में त्रुटि लगभग 8◦ है, और 3 डीबी एज़िमुथ स्पेक्ट्रम चौड़ाई लगभग 20◦ है। समुद्री परीक्षण डेटा से पता चलता है कि गहरे समुद्र में अच्छी हाइड्रोलॉजिकल स्थितियों के तहत, हिस्टोग्राम एल्गोरिदम 8.4 किमी की गति के साथ सतह के जहाज के लिए 13.8 किमी की दूरी के भीतर पूर्ण लक्ष्य का पता लगाने और ट्रैकिंग प्राप्त कर सकता है, और सबसे अच्छी दिशा खोजने में त्रुटि 5◦ तक पहुंच सकती है। 3 डीबी अज़ीमुथ स्पेक्ट्रम की चौड़ाई निकट स्थिति बिंदु के पास लगभग 10◦ तक पहुंच सकती है।