Kỹ thuật điều khiển & Điện tử
CẤU HÌNH MẠNG CẢM BIẾN THUỶ ÂM TRÊN SỞ TIỀN XỬ
ICA NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỊNH VỊ ĐA MỤC TIÊU
Phan Hồng Minh1*, Phan Trọng Hanh2, Lương Thị Ngọc Tú2
Tóm tắt: Bài báo đề xuất xây dựng một giải pháp mới dựa trên hình phân
tích phần tử độc lập ICA để thiết kế mạng cảm biến thuỷ âm để định vị đa mục tiêu.
Việc định vị trong một môi trường phức tạp nhiều mục tiêu (nguồn âm) hay nói
một cách khác tín hiệu thu được tại cảm biến hỗn hợp của tất cả tín hiệu trong
môi trường với một hệ số suy giảm khác nhau điều này dẫn đến khó quan trắc
định vị được. Bài báo ứng dụng kỹ thuật tiền xử ICA (Independent Component
Analysis - phân tích phần tử độc lập) để tách riêng các nguồn âm trước khi tính
toán vị trí để định vị bất kỳ mục tiêu nào trong các mục tiêu đang theo dõi.
Từ khóa: Cảm biến thuỷ âm, Mạng cảm biến sonar thụ động, TDOA, ICA, PAM.
1. GIỚI THIỆU
Trong mạng cảm biến thuỷ âm, các cảm biến được bố trí ở các độ sâu và cấu
trúc hình học khác nhau để quan sát một hiện tượng hoặc một mục tiêu nhất định,
ưu điểm là khả năng linh hoạt trong cấu trúc và không phát xạ sóng âm cho nên
khó bị phát hiện bởi kẻ địch. Việc nghiên cứu ứng dụng mạng cảm biến sonar thụ
động để nghiên cứu định vị cá voi đã được thực hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới
và đã có nhiều kết qủa đa dạng [5][6], bên cạnh đó, tối ưu mặt mở (aperture) của
mạng cảm biến[12] hoặc điều khiển búp sóng thích nghi để để tăng tỷ số SNR
nhằm nâng cao độ chính xác định vị cũng có những thành quả nhất định. Xử lý tín
hiệu sonar sử dụng kỹ thuật ICA cũng được nghiên cứu trong việc phát hiện, nhận
dạng và định hướng mục tiêu[2][10][11].
Việc áp dụng kỹ thuật ICA nhằm mục đích là tách các nguồn âm riêng biệt từ
các mục tiêu đến các cụm hydrophone để khi tính TDOA (Time Diffirence Of
Arrivals - thời điểm khác nhau của sóng tới) của các cặp hydrophone được chính
xác hơn.
2. SỬ DỤNG MẠNG CẢM BIẾN ĐỂ ĐỊNH VỊ MỤC TIÊU
2.1. sở của phương pháp
Mạng cảm biến sonar thụ động bao gồm một số lượng hữu hạn M các cảm biến
thuỷ âm (hydrophone) hi, i = 1,…., M được gắn tại các vị trí có toạ độ cố định (xi,
yi, zi) và mục tiêu cần định vị là các nguồn phát xạ sóng âm có toạ độ (xs, ys, zs) và
khoảng cách từ mục tiêu đến các hydrophone là Ri. Ta có phương thức tổng quan
tính khoảng cách từ mục tiêu đến các hydrophone [3]:
(1)
Ở Hình 1 gọi h0 là hydro-phone tham chiếu thì có thể thay Ri = R0 + δRi, R0
khoảng cách từ mục tiêu đến cảm biến h0, δRi là khoảng cách tia âm đi từ h0 đến
các hi. δRi = c.δTi, c là tốc độ âm trong nước.
Triển khai (1) cho hydrophone h0, ta có được:
(2)
và cho các hydrophone khác:
42
P. H. Minh, P. T. Hanh, L. T. N. Tú, “Cấu hình mạng cảm biến thủy âm… đa mục tiêu.