Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Vật lý: Nghiên cứu giải pháp đảm bảo khả năng làm việc ổn định của kênh liên lạc thuỷ âm

O<br /> V<br /> <br /> O<br /> N<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> V<br /> <br /> Q<br /> N<br /> <br /> N<br /> <br /> P<br /> <br /> N<br /> <br /> QU N S<br /> <br /> ------------------------------<br /> <br /> LÊ M N<br /> <br /> N<br /> <br /> ÊN ỨU<br /> <br /> L MV<br /> <br /> ỔN ĐỊN<br /> <br /> nn<br /> M<br /> <br /> N<br /> <br /> Ả P ÁP ĐẢM BẢO<br /> Ủ<br /> <br /> ÊN<br /> <br /> nh : Vật lý vô t<br /> <br /> Ả NĂN<br /> <br /> L ÊN LẠ T ỦY M<br /> <br /> ến v Điện tử<br /> <br /> : 62 44 01 05<br /> <br /> T M T T LU N ÁN T<br /> <br /> H Nội - 2015<br /> <br /> N S V T LÝ<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại:<br /> Viện<br /> <br /> oa ọc v<br /> <br /> ôn n<br /> <br /> ệ q ân ự/Bộ Q<br /> <br /> c p òn<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học:<br /> 1. TS Chu Xuân Quang<br /> TS N<br /> <br /> Phản biện 1:<br /> <br /> nD<br /> <br /> S TS<br /> <br /> L<br /> <br /> N<br /> <br /> ến<br /> <br /> n Ái Việt<br /> <br /> iện àn lâm Khoa học và ông nghệ iệt Nam<br /> Phản biện 2: P S TS Vũ n P i<br /> ại học Quốc gia à Nội<br /> Phản biện 3: P S TS N<br /> <br /> n<br /> <br /> o n<br /> <br /> ọc viện Kỹ thuật quân sự<br /> <br /> Luận án được bảo vệ trước<br /> <br /> ội đồng chấm luận án cấp<br /> <br /> quân sự họp tại iện Khoa học và ông nghệ quân sự<br /> ào hồi ........ giờ .......... ngày ........... tháng 7 năm 2015<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - T ư viện Viện<br /> oa ọc v ôn n<br /> - T ư viện Q c ia Việt Nam.<br /> <br /> ệ q ân ự;<br /> <br /> iện K -CN<br /> <br /> 1<br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Tính cấp thiết của việc nghiên cứu đề tài luận án.<br /> Trong những năm gần đây, nền khoa học và công nghệ thế giới đã có nhiều<br /> bước phát triển vượt bậc. Trên mặt đất và trên không, hạ tầng thông tin liên lạc đã<br /> có những bước phát triển. Tuy nhiên dưới nước, vấn đề thông tin liên lạc vẫn còn<br /> khá mới mẻ và là thế mạnh của một số ít quốc gia phát triển.<br /> Trong lĩnh vực dân sự, do không cần tính chất bí mật, bất ngờ nên có thể<br /> lựa chọn kênh liên lạc, thời điểm và điều kiện truyền sóng tối ưu. Tuy nhiên trong<br /> điều kiện tác chiến quân sự, không phải lúc nào kênh liên lạc cũng đặt trong điều<br /> kiện truyền sóng thuận lợi nên độ bất định tiên nghiệm tín hiệu rất lớn và do đó<br /> việc sử dụng máy liên lạc thủy âm thông thường (hệ đơn anten) là khó khả thi.<br /> Vấn đề đặt ra đối với các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực thu-phát truyền tin cần<br /> phải có những nghiên cứu để ứng dụng mạng anten thủy âm cho các trang bị<br /> quân sự để có thể hoạt động được trong những điều kiện phức tạp mà vẫn đảm<br /> được hoàn thành nhiệm vụ<br /> Theo lý thuyết thủy âm, phân bố vùng sáng-tối âm trong trường thủy âm<br /> phụ thuộc vào mặt cắt không gian bao quanh máy thu [41]. Tồn tại nhiều vùng<br /> trong không gian là vùng sáng âm đối với mặt cắt này nhưng lại là vùng tối âm<br /> đối với mặt cắt khác, gọi là những vùng mờ [78]. Việc tăng cường khả năng làm<br /> việc của máy liên lạc ở vùng này hiện ít được quan tâm nghiên cứu cả trong và<br /> ngoài nước. Vì vậy việc nghiên cứu giải pháp tăng cường khả năng thu nhận tín<br /> hiệu máy liên lạc thủy âm tại các vùng tối âm và vùng mờ âm có giá trị khoa học<br /> cao và ứng dụng to lớn cho các máy liên lạc thủy âm quân sự, góp phần tăng<br /> cường khả năng ổn định kênh liên lạc thủy âm trong các điều kiện môi trường<br /> phức tạp khác nhau, đảm bảo cho thông tin dưới nước được thông suốt.<br /> 2. Mục tiêu của luận án.<br /> Nghiên cứu, xây dựng và giải quyết bài toán đảm bảo khả năng làm việc<br /> ổn định của kênh liên lạc thủy âm trên cơ sở lý thuyết tia và các kỹ thuật về anten<br /> mạng pha.<br /> 3. Nội dung nghiên cứu của luận án.<br /> Luận án gồm 3 chương:<br /> - Chương 1: Tổng quan về lý thuyết thủy âm biển và bài toán mất ổn định<br /> của kênh liên lạc thủy âm.<br /> <br /> 2<br /> Trình bày các vấn đề tổng quan về thủy âm biển, các thành tựu mới nhất<br /> trong lĩnh vực thông tin thủy âm và vấn đề mất ổn định của kênh liên lạc thủy âm<br /> khi điều kiện truyền sóng thay đổi.<br /> - Chương 2: Giải pháp tăng cường cự ly kênh liên lạc thủy âm sử dụng<br /> anten mạng pha.<br /> Chương này đưa ra tính toán lý thuyết các dạng trường âm thường gặp và<br /> nhận định tham số góc thoát, góc tới tia âm là yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến cự ly<br /> liên lạc. Từ đó đề xuất giải pháp thay đổi góc thoát, góc tới tia âm bằng cách sử<br /> dụng anten thủy âm mạng pha; đồng thời cũng trình bày thực nghiệm xây dựng<br /> mô hình mạng anten thủy âm gốm áp điện 8 phần tử điều chỉnh được.<br /> - Chương 3: Hiệu quả tăng cường tỷ số tín hiệu/tạp âm của kênh liên lạc<br /> thủy âm sử dụng anten mạng pha.<br /> Chương này đề xuất một mô hình kênh liên lạc thủy âm cố định từ điểm<br /> đến điểm giữa hai thiết bị liên lạc thủy âm dựa theo tính toán lý thuyết. Các điều<br /> kiện truyền âm và giới hạn biên được tính toán trên cơ sở bộ dữ liệu về trường<br /> âm khu vực biển Quy Nhơn năm 2002 của trạm thủy hải văn thành phố Quy<br /> Nhơn, từ đó tham chiếu thành mô hình tương đương trong môi trường MATLAB<br /> để tính toán tỷ số S/N ở đầu ra máy thu trong hai trường hợp dùng anten vô<br /> hướng và dùng anten mạng pha 8 phần tử.<br /> Phương pháp:<br /> - Phân tích lý thuyết: từ lý thuyết thuỷ âm xây dựng cơ sở khoa học cho<br /> giải pháp đảm bảo khả năng làm việc ổn định thông qua tăng cường các tham số<br /> cự ly và tỷ số S/N của kênh liên lạc thủy âm.<br /> - Mô phỏng và khảo sát: đánh giá tác động của các tham số ảnh hưởng tới<br /> khả năng làm việc ổn định của kênh liên lạc thủy âm.<br /> - Tính toán mô phỏng để đánh giá hiệu quả giải pháp đối với một tuyến<br /> kênh liên lạc thủy âm cơ bản.<br /> Kết cấu luận án: Luận án được trình bày trong 135 trang khổ A4 bao gồm<br /> mở đầu, 3 chương, kết luận, danh mục các bài báo đã công bố và tài liệu tham<br /> khảo.<br /> <br /> 3<br /> CHƢƠNG 1<br /> TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT THỦY ÂM BIỂN<br /> VÀ BÀI TOÁN MẤT ỔN ĐỊNH CỦA KÊNH LIÊN LẠC THỦY ÂM<br /> 1.1. Lý thuyết thủy âm biển.<br /> 1.1.1. Các đặc trưng dẫn âm của môi trường biển.<br /> Truyền âm trong môi trường đồng nhất không có hấp thụ được mô tả bằng<br /> phương trình truyền âm [41]:<br /> <br /> 2 p<br />  c 2 2 p .<br /> 2<br /> t<br /> <br /> (1.1)<br /> <br /> Trong đó: p - áp suất âm(Pa); c - vận tốc âm (m/s).<br /> Khi nghiên cứu về mối quan hệ giữa vận tốc âm và một số tham số của<br /> nước biển, người ta thường sử dụng công thức thực nghiệm đơn giản [78]:<br /> <br /> c  1492,9  3(T  10)  6 103 (T  10) 2  4 102 (T  18) 2 <br />  1, 2( S  35)  102 (T  18)( S  35)  z / 61,<br /> <br /> (1.2)<br /> <br /> Trong đó: T - Nhiệt độ nước biển (0C); S - Độ mặn nước biển (‰); z - độ sâu<br /> khảo sát (m).<br /> 1.1.2. Đặc tính suy giảm âm trong biển.<br /> Hệ số suy giảm có thể được tính bằng công thức Marsh và M. Schulkin<br /> [29]:<br /> <br /> Trong đó:<br /> <br />  2,03 102 SfT f 2 2,93 102 f 2 <br /> 4<br /> (1.3)<br /> <br /> <br />  1  6,54 10 P  ,<br /> 2<br /> 2<br /> fT  f<br /> fT<br /> <br /> <br />  - hệ số suy giảm (dB/km); S - độ mặn của nước biển (‰); f - tần<br /> <br /> số tín hiệu thủy âm (kHz); P - áp suất tĩnh của nước biển (atm); fT - hàm nhiệt<br /> độ fT  21,9 1061520/(T  273) ; T - nhiệt độ nước biển (0C).<br /> 1.1.3. Các phương pháp đánh giá mô hình truyền âm trong biển.<br /> - Phương pháp âm học sóng: Cơ sở của phương pháp là giải phương trình<br /> sóng (1.1) với các điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho trước [41], [42].<br /> - Phương pháp sử dụng lý thuyết tia: Lý thuyết tia là giải pháp tiệm cận của<br /> lý thuyết sóng và có kết quả chính xác khi f   (   0 ), nghĩa là tần số càng<br /> cao sẽ cho kết quả càng chính xác [78].<br /> <br />