- Trang Chủ
- Tự động hoá
- Một giải pháp cấu hình mảng cảm biến thủy âm hai chiều trên cơ sở tạo búp sóng tùy biến
Xem mẫu
- Nghiên cứu khoa học công nghệ
MỘT GIẢI PHÁP CẤU HÌNH MẢNG CẢM BIẾN THỦY ÂM
HAI CHIỀU TRÊN CƠ SỞ TẠO BÚP SÓNG TÙY BIẾN
Phan Hồng Minh1*, Phan Trọng Hanh2, Vũ Văn Binh1, Nguyễn Công Đại2
Tóm tắt: Bài báo đề xuất và xây dựng một giải pháp mới dựa trên mô hình tạo
búp sóng tùy biến sử dụng ma trận hydrophone phẳng để tạo ra các búp sóng thu có
độ linh động cao, thực hiện lọc không gian tín hiệu nhằm nâng cao chất lượng thu
tín hiệu mục tiêu. Bằng cách thực hiện kích hoạt các hydrophone trong mảng cảm
biến sẽ tạo ra các mảng có cấu trúc hình học khác nhau và quay được búp sóng theo
hướng mong muốn. Bên cạnh đó, việc tính toán trọng số của mảng sẽ điều khiển
được búp sóng, độ rộng hẹp của búp sóng chính, triệt giảm búp sóng phụ và điều
khiển khoảng cách giữa các búp sóng để thu được tín hiệu là lớn nhất, ảnh hưởng
không mong muốn là ít nhất.
Từ khóa: Mảng cảm biến dưới nước, Tạo búp sóng mảng cảm biến, Chùm búp sóng, tạo búp sóng mảng
phẳng.
1. GIỚI THIỆU
Tạo búp sóng là kỹ thuật rất quan trọng trong lĩnh vực thủy âm, được thực hiện
bởi nhiều giải pháp khác nhau như: Thuật toán Frost [5], thuật toán lặp và điều
chỉnh trọng số của mảng để giảm thiểu tiếng ồn ở đầu ra trong khi duy trì đáp ứng
tần số đã chọn theo hướng khẩu độ của mảng. Thuật toán Grinffiths [6], các tín
hiệu mong muốn được xác định bởi việc điều khiển búp sóng chính của mảng vào
hướng cần quan tâm, tất cả các tín hiệu đến từ hướng khác mà không có sự vượt
trội sẽ được coi là tạp âm và nhiễu không mong muốn, thuật toán giảm thiểu tạp
nhiễu tại đầu ra, đồng thời duy trì được đáp ứng tần số theo hướng tín hiệu mong
muốn. Tối ưu hóa lồi giải quyết vấn đề sai lệch giữa búp sóng chính giả định và
thực tế nhờ sử dụng thuật toán tạo búp sóng thích nghi MVDR (Minimum variance
distortionless response) ước lượng véc tơ quay ứng với tín hiệu mong muốn theo
không gian tạp và không gian hữu hạn [1]. Thuật toán Frost kết hợp tạo búp sóng
Trễ thời gian cho mảng thu khi có tín hiệu không mong muốn nhằm giảm tiếng ồn
và loại bỏ nhiễu tương ứng, làm tăng SNR mà không gây ra lỗi mạng [2]. Nén búp
sóng phụ sử dụng cấu trúc thích nghi ổn định để giải quyết vấn đề đa đường [6] là
một giải pháp để tìm góc tới của tín hiệu cũng làm tăng hiệu năng của mảng.
Như vậy, đối với mảng cảm biến thủy âm trong hầu hết các ứng dụng, chúng ta
luôn muốn chủ động sắp đặt vị trí cảm biến để quay búp sóng, hoặc quay hướng
của mảng để đáp ứng tốt nhất được với các tín hiệu đến từ các hướng khác nhau.
Theo [4] có hai cách để thực hiện:
- Điều khiển cơ học để xoay trục chính của mảng:
Cách tiếp cận trực tiếp là thay đổi vị trí của cảm biến sao cho trục của mảng
vuông góc với hướng thu mong muốn. Đây là điều khiển cơ học giống như khi một
ăng ten parabol được quay khẩu độ trong hệ thống radar. Thông thường trong
mảng cảm biến thủy âm, phương pháp này khó thực hiện được vì kích thước vật lý
của một mảng khá lớn khi hoạt động với tín hiệu có bước sóng dài hoặc phải hiệu
chuẩn lại cảm biến khi chúng được di chuyển.
- Điều khiển mềm để xoay búp sóng của mảng:
Một cách khác là làm trễ tín hiệu đến theo thời gian (hoặc dịch pha trong trường
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 54, 04- 2018 95
- Kỹ thuật điều khiển & Điện tử
hợp băng hẹp) để xoay búp sóng của mảng. Đây được gọi là điều khiển mềm, với
những tiến bộ trong bộ xử lý tín hiệu tốc độ cao, hệ thống điều khiển mềm đang
được sử dụng rộng rãi không chỉ vì những hạn chế của điều khiển cơ học mà còn
bởi tính linh hoạt và khả năng đáp ứng nhanh chóng.
Kỹ thuật tạo búp sóng cứng thường có nhược điểm là không được linh động do
khó khăn trong việc tạo cấu trúc hình học của mảng. Thông thường mảng cảm biến
thường được thiết kế cố định về mặt hình học, như vậy khẩu độ và búp sóng chính
sẽ bị giới hạn trong một không gian nhất định. Việc tính toán thiết kế trọng số
mảng sẽ làm tăng hiệu năng, tạo ra được hình dạng búp sóng như mong muốn phù
hợp với nhiều môi trường và mục tiêu khác nhau.
Bài báo đề xuất một giải pháp mới kết hợp 2 kiểu điều khiển cứng và mềm tạo
các mảng có cấu trúc hình học khác nhau dựa trên mô hình mảng phẳng, bằng cách
kích hoạt các hydrophone trong ma trận cảm biến sẽ tạo ra được nhiều loại mảng
có kiểu búp sóng cũng như hướng khác nhau, điều khiển mềm tính toán trọng số
mảng để quay búp sóng có hướng thu mong muốn, triệt giảm búp sóng phụ, giảm
sự ảnh hưởng tối đa của nhiễu và tạp ồn.
2. THIẾT KẾ MẢNG PHẲNG TÙY BIẾN VÀ ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG
2.1. Mảng cảm biến tổng quan và kỹ thuật tạo búp sóng
Theo [4] có hai vấn đề quan trọng nhất khi thiết kế mảng để xác định đặc tính và
hiệu suất của chúng như các bộ lọc không gian. Thứ nhất, cấu trúc hình học của
mảng thiết lập các đặc tính không gian khi hoạt động, chúng sẽ tạo ra các kiểu búp
sóng và hướng thu khác nhau. Cấu trúc này được đặc trưng bởi véc tơ đa tạp (the
array manifold vector – đặc trưng cho hình dạng của giản đồ búp sóng trong không
gian ba chiều). Thứ hai là thiết kế các trọng số của dữ liệu tại mỗi đầu ra bộ cảm
biến. Việc lựa chọn các trọng số này xác định các đặc tính lọc không gian của mảng.
Hình 1. Mảng cảm biến và tạo búp sóng cho mảng.
96 P. H. Minh, …, N. C. Đại, “Một giải pháp cấu hình mảng… tạo búp sóng tùy biến.”
- Nghiên cứu khoa học công nghệ
Xét mảng cảm biến bao gồm tập N các cảm biến đẳng hướng được đặt tại vị trí
pn bất kỳ trong không gian n = 0, 1, 2, 3, .. N-1. Tín hiệu đến là sóng phẳng truyền
tới mảng từ hướng ⃗ với tần số là ω, tín hiệu thu được là tập các tín hiệu được biểu
diễn bởi véc tơ f(t,p).
( − )
⎡ ⎤
⎢ ( − ) ⎥
( , )=⎢ ( − ) ⎥ (1)
⎢ ⋯ ⎥
⎣ ( − )⎦
−
Với = , a là véc tơ đơn vị được biểu diễn như sau = − ,
−
Trong đó: θ là góc ngẩng (góc tà) và ϕ là góc phương vị khi tính toán trong tọa độ
cầu (hình 2a), xuất hiện dấu trừ do hướng của a, c tốc độ âm trong nước.
=− . + . + . (2)
Nếu ta định nghĩa hướng sóng đến theo trục cosine ta có:
ux = sinθcosϕ; uy = sinθsinϕ; uz = cosθ; và u = - a;
thì (2) viết lại như sau:
=− . + . + . =− (3)
Gọi k là số sóng đến với = = , λ là bước sóng cho bởi tần số ω.
=− =− , thay vào (3) ta có =
véc tơ đa tạp cho bởi:
⎡ ⎤
( )= ⎢ ⎥ (4)
⎢ ⋯ ⎥
⎣ ⎦
Và định nghĩa véc tơ trọng số phức như sau:
=[ ∗ ∗ ∗
… ∗ ] (5)
Như vậy, đầu ra y(t) trở thành
( , )= ( ) (6)
là phương trình tổng quan thiết kế búp sóng cảm biến mảng bất kỳ.
2.2. Mảng phẳng và kỹ thuật tạo búp sóng
Mảng phẳng là mảng hai chiều, trong đó, các hydrophone được triển khai theo
một mặt phẳng, hoặc mảng thu được bố trí dưới nước có cùng độ sâu (hình 2a).
Một mảng phẳng cung cấp rất nhiều cấu trúc hình học trên một trục ngang theo tọa
độ đề các hai chiều. Tùy thuộc vào số lượng hydrophone mà có thể bố trí một số
cấu trúc hình học khác nhau, hình tam giác, vuông, tròn, cặp lệch (hình thoi), hình
chữ nhật, hình thang, hình chữ Y, T… (hình 7).
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 54, 04- 2018 97
- K
Kỹỹ thuật điều khiển & Điện tử
Hình 2. C
Cấu
ấu trúc hhình
ình học
học và cchùm
hùm búp sóng m
mảng
ảng phẳng 5x77.
Trên cơ ssởở llàà m ảng phẳng chữ nhật NxM hydrophone
mảng hydrophone, xây dựng
dựng mô hhình ình tính
toán và thi
thiết
ết kế tạo ạo búp sóng cho m
mảng
ảng căn cứ tr
trên
ên véc tơ đa ttạp
ạp và
v à ttập
ập trọng số
mảng [4].
mảng [4] Chùm búp sóng ttạo ạo ra bởi mảng phẳng có nguồn âm tại vị trí p(r,θ,
p(r,θ,ϕ))
được tính nh
được nhưư sau:
∗
, = (7))
Trong đó:
đó
2 2
= , =
Trường
Trường hợp mảng phẳng đồng nhất vvới ới dx = dy = λ/2 và N x M = 5 x 7 ta có
chùm búp sóng hình 22b,b, cc.
Véc tơ đa ttạp
ạp của
ủa hhàng
àng ththứ
ứ m theo trục y của mảng phẳng được
được tính bằng
( )
( )
( )= (8))
⋯
(( ) )
Như vvậy
Như ậy, với
với toàn
toàn bbộ với NxM hydrophone như sau:
ộ mảng ta có ma trận đa tạp với
( )=[ ( ) ⋮ ⋯ ⋮ ( ) ]T, véc tơ = (9))
Từ
ừ đây,
đây, chúng ta có th
thểể định nghĩa một véc ttơ
ơ tổng
tổng quát bằng cách xếp lần llư
ượt
ơ NM x 1 giá tr
đểể có một véc ttơ trị.
( )
( ) = ⋯ (10
10))
( )
Tương ttự, đối
ối với ma tr ận các trọng
trận trọng số của mảng phẳng
ẳng ta có
,
,
=[ ⋯ ⋯ ], v
vớìì hààng
ng thứ
th m = ⋯ (11
11))
,
và
98 P. H. Minh, …, N. C. Đại,
ại, “Một giải pháp cấu h
hình
ình mảng…
mảng… tạo búp sóng ttùy
ùy bi ến.””
biến.
- Nghiên ccứu
ứu khoa học công nghệ
⎡ ⋯ ⎤
⎢ ⎥
[ ]=⎢ ⎥ (12
12))
⎢ ⋯ ⎥
⎣ ⎦
Ta có
( )= , = [ ] ( ) (13
13))
ạng tổng quan để thiết kế một mảng phẳng NxM hydrophone bất
là dạng bất kỳ.
2.3. T
Tạo
ạo búp sóng tùy biến dựa trên
biến trên mảng
ảng phẳng chữ nhật
G ải pháp mới
Giải ới bài báo đềđề xuất là kích ho hoạtạt tùy biến
biến một tập hydrophone trong
mảng
m ảng chữ
chữ nhật để hhình
ình thành mmột
ột cấu trúc hhình
ình học
học nhất
nhất định đểể tạo được
đ ợc búp sóng
có hư
hướng
ớng và đặc
đặc tính thu mong muốnmuốn,, đồng
ồng thời,
thời kếtết hhợp
ợp sử dụng ma trận trọng số
W đểể thiết
thiết kế đặc
ặc tính của mảng th thành
ành bộ
ộ lọc không gian vvới ới mục đích thu được
được tín
hiệu mong muốn tốt
hiệu ốt nhất
nhất.
Thật vậy,
Thật vậy từ biểu ểu thức (7)
( ) hoặc
hoặc (13
13) có th thểể thực hiện tạo ạo búp sóng cho m mảng
ảng
phẳng theo hai bư
phẳng bước.
ớc.
Bước 1
Bước Tạo búp sóng với mảng thẳng theo trục x với
1: Tạo ới N lần
lần đư
được
ợc các véc tơ
B(ψx)).
Bước 2
Bước Tạo các mảng búp sóng 1 lần theo trục y bằng
2: Tạo ằng cách xử lý các véc ttơ ơ
B(ψx) như tín hihiệu
ệu đầu vvàoào đư ợc B(ψx,ψy )).
được
Các không gian V và W có th thểể áp dụng ririêng
êng biệt
biệt tr
trên
ên m
mỗiỗi mảng phẳng để kích
ho cảm
hoạt ảm biến vvàà ttạo
ạo các đáp ứng của mảng theo một một yyêuêu ccầu
ầu nhất định nh
nhưư ch
chặn
ặn
búp sóng ph phụ,
ụ, quay búp sóng chínhchính, tăng cưcường
ờng hoặc
hoặc suy giảm tín hiệuhiệu thu đđến
ến từ
một hhướng
một ớng khác
khác…… Tại ại đây,
đây có thể
thể áp dụng các thuậtthuật toán tạo búp sóng thích nghi
cho mmảng
ảng bằng cách tính toán thay đổi đổi ttập
ập trọng số trong không gian W sau m mỗi
ỗi
lần
ần lặp theo đi
điều
ều kiện môi tr trường.
ờng.
Tạo
ạo búp sóng với mẳng phẳng 5x5 vvới ới dx = dy = λ/2 khi kích hoạt hoạt tất cả các
hydrophone.
hydrophone
Hình 3. Búp
Búp sóng m
mảng
ảng phẳng 5x55,
Đối
Đối với mảng phẳng cho ở hình 3 hướng hướng quay của búp sóng chính của mảng
hư
ướng
ớng theo trục z và bbịị giới hạn trong không gian 0 < θ < π/2. Điềuều này
n ày ttạo
ạo những
hạn
ạn chế llàà không tạo
tạo búp sóng chính theo trục y hoặc
ho c tr
trục
ục x đư
được.
ợc.
Tạp
ạp chí Nghi
Nghiên
ên cứu
cứu KH&CN quân
uân sự,
sự, Số 54, 04
04- 2018
2018 99
- K
Kỹỹ thuật điều khiển & Điện tử
Hình 4.. Búp
Búp sóng m
mảng
ảng thẳng 1x55.
5 Búp
Hình 5. Búp sóng m
mảng
ảng phẳng
phẳng đường
đường tròn.
tròn.
Với hình 4 kích ho
Với hoạt
ạt mảng phẳng th thành
ành mảng
mảng thẳng theo trục
trục x, tạo búp sóng
chính hướng
hướng về phía trục y vvàà trục
trục z. Nh
Như ư vậy
vậy, mảng
mảng ttùy
ùy bi
biến
ến rất linh động đđưược
ợc
được hhư
được ướng
ớng thu. TTương
ương ttựự nếu kích hoạt mảng theo trục y sẽ tạo ra đđược ợc hhướng
ớng
búp sóng chính theo tr trục
ục x, ngoài
ngoài ra có ththểể kích hoạt theo các đđường
ờng chéo để có
được các búp sóng nh
được nhưư mong mu muốn.
ốn. Hình 5 được
được kích hoạt theo dạng mảng phẳng
hình đường
đường tròn,
tròn, có đư
đường
ờng kính bằng độ lớn của mảng phẳng phẳng,, từ
ừ đây cũng có thể
tạo
ạo ra các dạng mặt trtròn
òn và đường
đường trtròn
òn có cấu
cấu trúc hhình
ình hhọc
ọc khác nhau
nhau. Hình 6
kích hoạt
hoạt mảng theo hhình
ình thang cho th thấy
ấy búp sóng chính theo trục y lớn vvàà rrộng,
ộng,
phù hhợp
ợp trong quan sát mục ti tiêu
êu ở h
hướng
ớng yy.
6 Búp
Hình 6. Búp sóng m
mảng
ảng phẳng hình thang
thang.
100 P. H. Minh, …, N. C. Đại,
ại, “Một giải pháp cấu h
hình
ình mảng…
mảng… tạo búp sóng ttùy
ùy bi ến.””
biến.
- Nghiên cứu khoa học công nghệ
Ngoài ra, có rất nhiều cấu trúc lệch hoặc cấu trúc cân bằng đối xứng khác có thể
tạo ra được từ mảng phẳng tùy biến ở trên (Hình 7).
Hình 7. Cấu trúc hình học của một số mảng phẳng.
Như vậy, dựa trên công thức tính toán để thiết kế mảng phẳng, giải pháp bài báo
đưa ra có thể tùy biến một mảng phẳng dựa trên việc kích hoạt các hydrophone
trong mảng để tạo thành một mảng phẳng bất kỳ và tạo búp sóng cho mảng đó đến
hướng mong muốn. Trong những trường hợp quan sát mục tiêu cụ thể cần có
những tính toán để chọn lựa về cấu trúc hình học của mảng sao cho tối ưu nhất.
3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG
3.1. Tính toán mảng để tăng cường tín hiệu thu khi mục tiêu tiếp cận gần
Xét mảng thẳng gồm 30 hydrophone, theo đó để quan sát mục tiêu xâm nhập từ
phía xa tiến vào gần mảng có thể tùy biến mảng như sau:
- Một mảng thẳng gồm 30 hydrophone:
Độ lợi mảng GA = 30dBi
Hình vẽ mô phỏng cho thấy búp
sóng chính rất hẹp và nhọn, các búp
phụ bị triệt tiêu đi đáng kể, khi quan sát
mục tiêu ở xa thì tốt (hình 8).
- 3 mảng thẳng độc lập mỗi mảng 10
hydrophone thẳng hàng :
Độ lợi mảng GA = G1 + G2 + G3 = 30
dBi
Mô phỏng cho thấy búp sóng chính to
hơn, các búp sóng phụ cũng tăng hơn vẫn Hình 8. Búp sóng mảng thẳng
đảm bảo độ lợi thu (hình 9) 30 hydrophone.
- 1 mảng thẳng ở giữa và 2 mảng tùy biến độc lập nhau xoay 10 độ (hình 10):
Khi quan sát mục tiêu ở xa, trường tín hiệu đến mảng là song song, hai trường
hợp đầu tiên đều quan sát tốt. Khi mục tiêu đến gần thì cả hai mảng trên đều thu
kém hơn rất nhiều. Để tính toán độ suy giảm ta xét độ lớn của búp sóng chính tại
góc mở 3dB (the half-power beamwidth, HPBW- Độ rộng nửa công suất).
Theo [4] độ rộng nửa công suất của búp sóng chính:
0.886
= = ( ) ≈ 50 ( ) (14)
Với 3 mảng được thiết kế mỗi mảng 10 hydrophone cách nhau 50m (d = 50m)
quan sát tần số f = 15Hz (λ = 100m), giả sử vận tốc âm trong nước c = 1500 m/s.
Ta có HPBW ≈ 100. Vậy khoảng cách R = 550/ sin100 = 3167 m.
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 54, 04- 2018 101
- Kỹ thuật điều khiển & Điện tử
Như vậy, khi mục tiêu tiến vào gần mảng đến khoảng cách 3167m thì với
trường hợp 2 độ lợi sẽ giảm đi còn GA = G1 /2+ G2 + G3 /2 dB càng vào gần thì độ
lợi càng giảm hơn nữa. Với trường hợp 3 mảng tùy biến đã xoay đi 100 thì khi mục
tiêu vào gần vẫn đảm bảo độ lợi không đổi.
Hình 9. Tạo búp sóng với 3 mảng thẳng độc lập 10 hydrophone.
Hình 10. Tạo búp sóng với 1 mảng thẳng và 2 mảng xoay 10o 10 hydrophone.
3.2. Tùy biến mảng để thu tối ưu tín hiệu mong muốn
Mảng phẳng chữ nhật 3x10 hydrphone trong đó giả sử tín hiệu mong muốn đến
từ hướng 28o, tín hiệu tạp nhiễu đến từ hướng 62o và tạp ồn đến từ hướng 75o. Tùy
biến mảng phẳng thành 3 mảng thẳng song song với nhau và xác định độ lợi thu
với 3 búp sóng chính quay hướng 28o. Mô phỏng 3 mảng thẳng cấu hình khác nhau
để tính hướng 62o và 75o của mảng trong các trường hợp để xác định Gmin, GA(θo)=
G1(θo)+ G2(θo)+ G3(θo) quy chuẩn độ lợi thu = 10 dBi cho mỗi mảng.
Bảng 1. Tính G tại các góc hướng của mảng phẳng tùy biến.
STT Cấu hình 3 Góc búp sóng GA(28o) GA(62 o) GA(75 o)
mảng thẳng chính dBi dBi dBi
1 2:26:2 28o:28o:28o 30 1.2459 2.4640
2 3:24:3 28o:28o:28o 30 2.9497 0.9837
3 4:22:4 28o:28o:28o 30 1.5707 2.7985
102 P. H. Minh, …, N. C. Đại, “Một giải pháp cấu hình mảng… tạo búp sóng tùy biến.”
- Nghiên cứu khoa học công nghệ
4 5:20:5 28o:28o:28o 30 2.8708 1.9806
5 6:18:6 28o:28o:28o 30 1.8016 2.3296
6 7:16:7 28o:28o:28o 30 2.6718 2.1814
7 8:14:8 28o:28o:28o 30 1.9362 0.8144
8 9:12:9 28o:28o:28o 30 2.3617 3.0255
9 10:10:10 28o:28o:28o 30 1.9791 2.4735
10 11:8:11 28o:28o:28o 30 1.9562 0.7255
11 12:6:12 28o:28o:28o 30 1.9407 2.8942
12 13:4:13 28o:28o:28o 30 1.4770 2.1124
13 14:2:14 28o:28o:28o 30 1.8366 2.1415
14 15:0:15 28o:0o:28o 30 0.9500 2.0887
Số liệu mô phỏng từ bảng 1 cho thấy với hướng 62o Gmin = 0.95 trong trường
hợp STT-14 tùy biến thành 2 mảng thẳng 15 hydrophone, với hướng 75o Gmin =
0.7255 ở trường hợp STT-10 mảng tùy biến thành 3 mảng số lượng 11:8:11. Vậy,
để thu với sự ảnh hưởng của nhiễu và tạp ồn là ít nhất chúng ta hoàn toàn xác định
được cấu hình tùy biến tối ưu.
3.3. Tùy biến mảng để giám sát đồng thời đa mục tiêu
Mảng phẳng chữ nhật kích thước 5x7 gắn đáy theo dõi đồng thời 2 mục tiêu từ
các hướng khác nhau và sử dụng 1 búp sóng chính để rà quét phát hiện các mục
tiêu khác. Tùy biến mảng thành 3 mảng nhỏ; mảng thẳng 1x6 theo trục y, mảng
thẳng 1x5 theo trục x, và một mẳng phẳng 4x6 theo mặt phẳng xy như hình 11- a.
Hình 11. Tùy biến thành 3 mảng và búp sóng mảng phẳng 4x6.
Trong các hệ thống sonar dưới nước việc đồng thời quan sát nhiều mục tiêu là
tối cần thiết, với giải pháp đưa ra ở đây là hợp lý khi tùy biến tách mảng phẳng ra
thành 3 mảng nhỏ kết hợp với tính toán véc tơ trọng số wn của từng mảng để quay
búp sóng chính theo hướng mục tiêu đã phát hiện.
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 54, 04- 2018 103
- Kỹ thuật điều khiển & Điện tử
Hình 12. Búp sóng mảng thẳng 1x6 quay 180o và 1x5 quay 25o.
Hình 11-b mảng 4x6 sử búp sóng chính hướng trục z và tính toán quay búp sóng
theo hướng z để quan sát phát hiện mục tiêu. Trong trường hợp xuất hiện thêm
mục tiêu thì có thể tách mảng 4x6 thành các mảng nhỏ hơn để theo dõi đồng thời,
Hình 12 là mảng 1x6 có búp sóng chính hướng theo trục yz và điều khiển quay
sang hướng 180o và mảng 1.5 có búp sóng hướng theo trục xz được điều khiển
quan sát hướng 25o.
4. KẾT LUẬN
Bài báo đã đưa ra cơ sở tính toán và giải pháp thiết kế mảng cảm biến thuỷ âm
phẳng có thể linh động thay đổi cấu trúc hình học bằng cách kích hoạt hoặc không
kích hoạt một số hydrophone, phân tách thành nhiều mảng con và kết hợp tính toán
véc tơ trọng số của mảng để điều khiển mềm quay được búp sóng theo hướng
mong muốn. Với giải pháp này chúng ta có thể tùy biến tạo thành nhiều mảng nhỏ
để quan sát nhiều mục tiêu đồng thời, có thể tính toán được độ lợi thu của mảng tại
nhiều hướng khác nhau từ đó đưa ra phương án tối ưu trong thiết kế mảng. Hướng
nghiên cứu tiếp theo của bài báo là tính toán thiết kế mảng tùy biến và xây dựng
thuật toán tạo búp sóng thích nghi mới phù hợp ứng dụng trong vùng nước nông
của Việt Nam, nâng cao tỷ số SNR cho mảng trong điều kiện phản xạ đa đường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Yong Chen, Fang Wang, Jianwei Wan, Gang Li, “Convex Optimization Based
Robust Adaptive Beamforming for Underwater Sensor Array”. Signal
Processing (ICSP), 2016 IEEE 13th International Conference.
[2]. M. T. Hossein, M. S. Hossain, M. F. Reza, “Performance analysis of acoustic
microphone array beamformer in the presence of interfering signal”. IEEE
2016 2nd International Conference on Electrical, Computer & Telecom-
munication Engineering.
[3]. Hung Lai, Henry Cox, Kristine Bell, “Adaptive factored beamforming for
vector sensor arrays”. Signals, Systems and Computers, 2008 42nd Asilomar
IEEE Conference on Oct. 2008.
[4]. Harry L. Van Trees, “Detection, Estimation, and Modulation Theory, Part IV
- Optimum Array Processing”, John Wiley & Sons, Inc., New York, 2002.
[5]. FROST, O. L. “An algorithm for linearly constrained adaptive array
104 P. H. Minh, …, N. C. Đại, “Một giải pháp cấu hình mảng… tạo búp sóng tùy biến.”
- Nghiên cứu khoa học công nghệ
processing”. In Proceedings of IEEE, 1972, vol. 60, no. 8, p.926-934.
[6]. GRIFFITHS, L. J., JIM, C. W. “An alternative approach to linearly
constrained adaptive beamforming”, IEEE Transactions on Anntenas and
Propagation, 1982, vol. AP-30, p. 27-34.
[7]. Jungtai Kim, Hyun Jong Yang, Joohwan Chun, “Sidelobe Suppressing
Beamforming Using Linearly Constrained Adaptive Arrays for Low Angle
Tracking”. Signals, Systems and Computers, 2008 42nd Asilomar IEEE
Conference on Oct. 2008.
[8]. Bernard Widrow, Samuel D. Stearns, “Adaptive signal processing”, Prentice-
Hall, Inc. New Jersey, USA, 1985.
[9]. Stergios Stergiopoulos, “Advanced Signal Processing Hanbook”, CRC Press
LLC, Florida, USA, 2001.
ABSTRACT
THE SOLUTION OF CONFIGURATION 2D HYDROPHONE ARRAY
BASED ON BEAMFORMING OPTION
The paper proposes and builds a new solution based on a option
waveform generator that uses a 2D hydrophone matrix to generate highly
flexible receivers, that perform space filtering to enhance target receiver
signal. By activating the hydrophone in the sensor network, it creates
arrays of different geometric structures and steers the lobe in the desired
direction. In addition, the calculation of the weight vector of the array will
control the mainlobe, the width of the main beam, the reduction of the
sidelobe and control the distance between the lobe to obtain the largest
signal, influence unwanted is the least.
Keywords: Underwater sensor arrays, Beamformming sensor arrays, Beam pattern, Beamforming planar array.
Nhận bài ngày 09 tháng 01 năm 2018
Hoàn thiện ngày 24 tháng 01 năm 2018
Chấp nhận đăng ngày 10 tháng 4 năm 2018
1
Địa chỉ: Viện Điện tử - Viện Khoa học và Công nghệ quân sự;
2
Khoa Vô tuyến Điện tử - Học viện Kỹ thuật quân sự.
*
Email: phanhongminh1979@gmail.com.
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 54, 04- 2018 105
nguon tai.lieu . vn
