BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
PHAN HỒNG MINH
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
MẢNG CẢM BIẾN THU TÍN HIỆU THỦY ÂM TRONG
VÙNG BIỂN NÔNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
PHAN HỒNG MINH
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
MẢNG CẢM BIẾN THU TÍN HIỆU THỦY ÂM TRONG
VÙNG BIỂN NÔNG
Chuyên ngành: K thut điện tử
Mã số: 9 52 02 03
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯƠ
I HƯƠ
NG DÂN KHOA HOC:
1. TS. PHAN TRỌNG HANH
2. TS. VŨ VĂN BINH
Hà Nội - 2020
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng 06 năm 2020
TÁC GIẢ
Phan Hồng Minh
ii
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................... x
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1 CHƢƠNG 1: MẢNG CẢM BIẾN THỦY ÂM VÀ VẤN ĐỀ NÂNG CAO
CHẤT LƢỢNG MẢNG Ở VÙNG BIỂN NÔNG ............................................ 5
1.1 Tổng quan mảng cảm biến thủy âm ................................................... 5
1.1.1 Mô hình mảng cảm biến .................................................................. 5
1.1.2 Mảng cảm biến và hệ thống sonar thủy âm thụ động ..................... 7
1.2 Vùng biển nông và các đặc trƣng cơ bản ......................................... 12
1.2.1 Khái niệm vùng biển nông ............................................................ 12
1.2.2 Hiệu ứng phản xạ đa đƣờng trong vùng biển nông....................... 12
1.2.3 Ảnh hƣởng tham số của biển nông đến chất lƣợng của hệ thống
sonar thủy âm thụ động............................................................................ 16
1.3 Một số giải pháp nâng cao chất lƣợng mảng cảm biến. ................... 17
1.3.1 Tối ƣu hóa cấu trúc hình học của mảng ........................................ 17
1.3.2 Kỹ thuật tạo búp sóng mảng cảm biến .......................................... 19
1.3.3 Xử lý tín hiệu mảng cảm biến ....................................................... 20
1.4 Vấn đề nâng cao chất lƣợng mảng cảm biến thủy âm và hƣớng
nghiên cứu của luận án ................................................................................ 22
1.4.1 Các nghiên cứu liên quan đã công bố ........................................... 22
1.4.2 Yêu cầu và hƣớng nghiên cứu của luận án ................................... 27
1.4.3 Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án ............................................... 29
1.5 Kết luận chƣơng 1 ............................................................................ 30
iii
2 CHƢƠNG 2: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG TÍN HIỆU
TRÊN CƠ SỞ TẠO BÚP SÓNG MẢNG TÙY BIẾN ................................... 31
2.1 Kỹ thuật tạo búp sóng mảng cảm biến ............................................. 31
2.1.1 Tạo búp sóng với mảng thẳng ....................................................... 33
2.1.2 Tạo búp sóng mảng cảm biến có cấu trúc hình học khác nhau .... 41
2.2 Tạo búp sóng thích nghi cho mảng cảm biến ................................... 47
2.2.1 Mô hình và phƣơng pháp tạo búp sóng thích nghi ....................... 47
2.2.2 Tạo búp sóng thích nghi Frost....................................................... 49
2.3 Giải pháp xử lý đa đƣờng trên cơ sở tạo búp sóng mảng tùy biến .. 52
2.3.1 Tạo búp sóng tùy biến với mảng phẳng ........................................ 52
2.3.2 Tính toán và tùy biến mảng để giảm ảnh hƣởng đa đƣờng .......... 56
2.4 Đánh giá hiệu quả phƣơng pháp tạo búp sóng mảng tùy biến ......... 60
2.4.1 Triệt giảm tạp ồn của tín hiệu ....................................................... 60
2.4.2 Nâng cao độ lợi tín hiệu với mảng tùy biến .................................. 65
2.5 Kết luận chƣơng 2 ............................................................................ 66
3 CHƢƠNG 3: GIẢI PHÁP XỬ LÝ TÍN HIỆU MẢNG CẢM BIẾN THỦY
ÂM TRONG VÙNG BIỂN NÔNG ................................................................ 68
3.1 Xây dựng giải pháp .......................................................................... 68
3.1.1 Mô hình xử lý tín hiệu ................................................................... 68
3.1.2 Đề xuất giải pháp xử lý tín hiệu .................................................... 69
3.2 Phân tích các phần tử độc lập ICA với mảng tùy biến..................... 72
3.2.1 Kỹ thuật phân tích các phần tử độc lập ICA ................................. 72
3.2.2 Xử lý tín hiệu ICA nâng cao chất lƣợng định vị mục tiêu ............ 76
3.3 Giải tích chập mù đa kênh ................................................................ 85
3.3.1 Mô hình giải tích chập mù đa kênh ............................................... 85
3.3.2 Điều kiện giải tích chập mù đa kênh cho mảng cảm biến ............ 88
3.3.3 Ứng dụng mạng nơ ron truyền thẳng để giải tích chập mù .......... 89