Thiết kế giải pháp beamforming miền tần số cho hệ thống sonar thụ động trong môi trường biển nông
DOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.208.2025.31-39Từ khóa:
Beamforming miền tần số; Sonar thụ động; STFT; SNR.Tóm tắt
Bài báo này phát triển giải pháp định hình chùm tia miền tần số cho các hệ thống sonar thụ động hoạt động trong môi trường nước nông, nơi tín hiệu âm bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự lan truyền đa đường và suy giảm thay đổi theo không gian. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa cấu hình định hình chùm tia bằng cách phân tích ảnh hưởng của các thông số xử lý chính, cụ thể là độ dài FFT, loại cửa sổ và tỷ lệ chồng lấn, đến hiệu suất hệ thống, bao gồm độ rộng chùm tia bán công suất (HPBW), tỷ lệ đỉnh-thùy phụ (PSLR) và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu đầu ra (SNRout). Các thí nghiệm mô phỏng đã được tiến hành bằng cách sử dụng ba nguồn băng hẹp ở tần số 800, 900 và 1200 Hz, đại diện cho dải tần số hoạt động điển hình của các hệ thống sonar thụ động trong điều kiện nước nông. Dựa trên các kết quả thu được, cấu hình Biến đổi Fourier thời gian ngắn (STFT) tối ưu được đề xuất để cân bằng hiệu suất và chi phí tính toán trong dải tần số 800 - 1200 Hz, mang lại khả năng ứng dụng thực tế cho các hệ thống sonar thụ động hoạt động trong môi trường nước nông của Việt Nam.
Tài liệu tham khảo
[1]. Wang Y et al., “Null Broadening Beamforming for Passive Sonar Based on Weighted Similarity Vector,” Journal of Marine Science and Engineering, 11(10):1858, (2023).
[2]. B. Yin et al., “Application of adaptive beamforming technology in underwater acoustic,” 2023 3rd International Conference on Neural Networks, Information and Communication Engineering (NNICE), Guangzhou, China, pp. 219-223, (2023).
[3]. J. Liu et al., “Underwater three-hydrophone array passive ranging using time-dimensional Capon beamforming,” OCEANS 2019 - Marseille, Marseille, France, pp. 1-5, (2019).
[4]. L. J. Ziomek, “An Introduction to Sonar Systems Engineering,” 2nd ed. New York: CRC Press, (2022).
[5]. J. A. Vásquez-Peralvo et al., “Quantization Effects of Twiddle Factors in FFT for Beamforming Using Planar Arrays,” 2024 IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology (ARRAY), Boston, MA, USA, pp. 1-7, (2024).
[6]. R. Palisetty et al., “Area-Power Analysis of FFT Based Digital Beamforming for GEO, MEO, and LEO Scenarios,” 2022 IEEE 95th Vehicular Technology Conference: (VTC2022-Spring), Helsinki, Finland, pp. 1-5, (2022).
[7]. G. Itzhak et al., “STFT-Domain Least-Distortion Region-of-Interest Beamforming,” in IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing, vol. 33, pp. 2803-2816, (2025).
[8]. M. G. Amin et al., “Direction Finding Based on Spatial Time-Frequency Distribution Matrices,” Digital Signal Processing,Vol. 10 (4), pp. 325-339, (2000).
[9]. P. H. Minh et al., “The solution of configuration 2D hydrophone array based on beamforming option,” Journal of Military Science and Technology, vol. 54, pp. 95–105, (2018).
[10]. P. H. Minh et al., “A solution to customize beamforming 3D cylinder hydrophone arrays based on 1H antennas in the MGK-400EM sonar system,” Journal of Military Science and Technology, Special Issue 9-2020, pp. 227–239, (2020).
[11]. H. L. Vantree, “Optimum Array Processing: Part IV of Detection, Estimation, and Modulation Theory,” 1st ed. Wiley, (2002).
[12]. J. G. Proakis et al., “Digital Signal Processing,” 4th ed. Pearson, (2014).
[13]. R. Mailloux, “Phased Array Antenna Handbook,” 3rd ed. London: Artech House, (2017).
[14]. D. V. Ha et al., “Methods of designing shallow underwater acoustic channel simulators,” Acoustics Australia, pp. 439–448, (2016).
