Luận án Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng mảng cảm biến thu tín hiệu thủy âm trong vùng biển nông

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẢNG CẢM BIẾN THU TÍN HIỆU THỦY ÂM TRONG VÙNG BIỂN NÔNG

Ngành:

Kỹ thuật điện tử

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng mảng cảm biến thu tín hiệu thủy âm trong vùng biển nông, một lĩnh vực cấp thiết đối với quốc phòng an ninh và phát triển kinh tế xã hội. Mục tiêu chính là nâng cao khả năng phát hiện và định vị các mục tiêu là nguồn âm dưới nước trong môi trường biển nông, nơi tín hiệu thường bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng đa đường và tạp ồn lớn.

Để giải quyết vấn đề này, luận án đã đề xuất một giải pháp xử lý kết hợp. Cụ thể, nghiên cứu đã đề xuất mô hình cấu trúc của mảng cảm biến thủy âm dạng mảng phẳng, kết hợp giải pháp tạo búp sóng tùy biến thích nghi nhằm tăng độ lợi của mảng cảm biến. Giải pháp này hoạt động như một bộ lọc không gian, điều khiển búp sóng chính hẹp hướng về nguồn phát để giảm tín hiệu nhiễu từ các hướng khác, từ đó tăng độ lợi của mảng.

Thứ hai, luận án đề xuất mô hình và giải pháp xử lý tín hiệu thủy âm phức hợp trên cơ sở kết hợp hai kỹ thuật chính: phân tích thành phần độc lập (ICA) và giải tích chập mù đa kênh (MBD). Mục đích của việc này là nhằm nâng cao tỷ số SNR (tín hiệu trên nhiễu) trong điều kiện biển nông. Kỹ thuật ICA được ứng dụng vào mảng cảm biến tùy biến để nâng cao khả năng định vị đa mục tiêu và tăng cường tỷ số SNR của tín hiệu thu. Đồng thời, mô hình xử lý tín hiệu giải tích chập mù đa kênh đã được xây dựng, bao gồm việc phát triển chương trình tính toán sử dụng mạng nơ ron đường tiến (FFNNs) với thuật toán truyền có phản hồi (back-propagation) trên nguyên lý LMS để tái tạo tín hiệu dạng xung sonar chủ động.

Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc đề xuất mô hình mảng cảm biến phẳng có khả năng tùy biến cấu trúc và điều khiển búp sóng linh hoạt, cùng với giải pháp xử lý tín hiệu kết hợp ICA và MBD cho mảng cảm biến phẳng. Các kết quả nghiên cứu này không chỉ đóng góp về mặt lý luận cho lĩnh vực định vị thủy âm mà còn là cơ sở và định hướng quan trọng cho việc thiết kế các hệ thống sonar hoặc thiết bị định vị thủy âm tại vùng biển Việt Nam, phục vụ trực tiếp cho công tác an ninh quốc phòng.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
  • 1. Tính cấp thiết của luận án
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
  • 3. Các kết quả chính, ý nghĩa khoa học và thực tiễn
    • 3.1. Các kết quả chính
    • 3.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
• CHƯƠNG 1: MẢNG CẢM BIẾN THỦY ÂM VÀ VẤN ĐỀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẢNG Ở VÙNG BIỂN NÔNG
  • 1.1 Tổng quan mảng cảm biến thủy âm
    • 1.1.1 Mô hình mảng cảm biến
    • 1.1.2 Mảng cảm biến và hệ thống sonar thủy âm thụ động
  • 1.2 Vùng biển nông và các đặc trưng cơ bản
    • 1.2.1 Khái niệm vùng biển nông
    • 1.2.2 Hiệu ứng phản xạ đa đường trong vùng biển nông
  • 1.2.3 Ảnh hưởng tham số của biển nông đến chất lượng của hệ thống sonar thủy âm thụ động
  • 1.3 Một số giải pháp nâng cao chất lượng mảng cảm biến.
    • 1.3.1 Tối ưu hóa cấu trúc hình học của mảng
    • 1.3.2 Kỹ thuật tạo búp sóng mảng cảm biến
    • 1.3.3 Xử lý tín hiệu mảng cảm biến
  • 1.4 Vấn đề nâng cao chất lượng mảng cảm biến thủy âm và hướng nghiên cứu của luận án
    • 1.4.1 Các nghiên cứu liên quan đã công bố
    • 1.4.2 Yêu cầu và hướng nghiên cứu của luận án
    • 1.4.3 Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án
• CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU TRÊN CƠ SỞ TẠO BÚP SÓNG MẢNG TÙY BIẾN
  • 2.1 Kỹ thuật tạo búp sóng mảng cảm biến
    • 2.1.1 Tạo búp sóng với mảng thẳng
    • 2.1.2 Tạo búp sóng mảng cảm biến có cấu trúc hình học khác nhau
  • 2.2 Tạo búp sóng thích nghi cho mảng cảm biến
    • 2.2.1 Mô hình và phương pháp tạo búp sóng thích nghi
    • 2.2.2 Tạo búp sóng thích nghi Frost
  • 2.3 Giải pháp xử lý đa đường trên cơ sở tạo búp sóng mảng tùy biến
    • 2.3.1 Tạo búp sóng tùy biến với mảng phẳng
    • 2.3.2 Tính toán và tùy biến mảng để giảm ảnh hưởng đa đường
  • 2.4 Đánh giá hiệu quả phương pháp tạo búp sóng mảng tùy biến
    • 2.4.1 Triệt giảm tạp ồn của tín hiệu
    • 2.4.2 Nâng cao độ lợi tín hiệu với mảng tùy biến.
• CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP XỬ LÝ TÍN HIỆU MẢNG CẢM BIẾN THỦY ÂM TRONG VÙNG BIỂN NÔNG
  • 3.1 Xây dựng giải pháp
    • 3.1.1 Mô hình xử lý tín hiệu
    • 3.1.2 Đề xuất giải pháp xử lý tín hiệu
  • 3.2 Phân tích các phần tử độc lập ICA với mảng tùy biến
    • 3.2.1 Kỹ thuật phân tích các phần tử độc lập ICA
    • 3.2.2 Xử lý tín hiệu ICA nâng cao chất lượng định vị mục tiêu
  • 3.3 Giải tích chập mù đa kênh
    • 3.3.1 Mô hình giải tích chập mù đa kênh
    • 3.3.2 Điều kiện giải tích chập mù đa kênh cho mảng cảm biến
    • 3.3.3 Ứng dụng mạng nơ ron truyền thẳng để giải tích chập mù
    • 3.3.4 Huấn luyện mạng FFNNs tách tín hiệu mong muốn
    • 3.3.5 Mô phỏng xử lý tín hiệu đa đường với FFNNs
  • 3.4 Đánh giá hiệu quả giải pháp xử lý tín hiệu phức hợp
    • 3.4.1 Nâng cao tỷ số SNR và độ lợi sau xử lý ICA
    • 3.4.2 Nâng cao tỷ số SNR và độ lợi sau xử lý với mạng nơ ron FFNNs
• KẾT LUẬN
  • Những kết quả đạt được của luận án:
  • Những đóng góp mới của luận án.
  • Kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo.