Một giải pháp tiền xử lý để lựa chọn các đặc trưng phổ rời rạc của mục tiêu biển có chân vịt nhằm nâng cao độ chính xác của định hướng thủy âm thụ động
DOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.IITE.2025.139-147Từ khóa:
Ngầm; Sonar thụ động; Định hướng (DOA); Mục tiêu biển có chân vịt.Tóm tắt
Các thành phần phổ rời rạc tần số thấp do hệ thống chân vịt của các mục tiêu trên biển tạo ra đóng vai trò quan trọng trong xử lý tín hiệu, đặc biệt trong bài toán định hướng âm thanh dưới nước. Bước tiền xử lý để chọn lọc các thành phần phổ này giúp nâng cao tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) của tín hiệu đầu vào cho các thuật toán ước lượng hướng đến (DOA). Bài báo này đề xuất một giải pháp mới nhằm cải thiện khả năng chọn lọc và tích lũy các thành phần phổ đường tần số thấp, vốn là những đặc trưng then chốt trong phát hiện và ước lượng tham số của mục tiêu dưới nước. Phương pháp được đề xuất kết hợp một số kỹ thuật xử lý tín hiệu kinh điển, bao gồm phân tích và ghi tần số thấp (LOFAR), phát hiện điều biên trên nhiễu (DEMON), và lọc lược thích nghi hồi quy (AR-COMB). Sự kết hợp này giúp tăng SNR của tín hiệu đầu vào, nâng cao chất lượng cho các bước xử lý tiếp theo, đặc biệt là ước lượng DOA. Kết quả mô phỏng cho thấy độ chính xác của thuật toán DOA được cải thiện đáng kể, gợi mở một hướng tiếp cận mới trong phát hiện và đặc trưng hóa loại mục tiêu dưới nước này.
Tài liệu tham khảo
[1]. Naval Engineering Institute, “Research on the Impact of Marine Environmental Factors on the Operating Range of Underwater Acoustic Devices,” National-level Project, Code No. KC.09/11-15 (2015).
[2]. Naval Engineering Institute, “Research on the Design and Development of an Underwater Unmanned Vehicle for Training,” Ministry of National Defense-level Project, Code No. KC.NQ-09 (2021).
[3]. Chen, Z., G. Gokeda, and Y. Yu, Introduction to Direction-of-Arrival Estimation, Artech House (2010).
[4]. Xu, X., X. Wei, and Z. Ye, “DOA Estimation Based on Sparse Signal Recovery Utilizing Weighted l_1-Norm Penalty,” IEEE Signal Processing Letters, Vol. 19, No. 3, pp. 155–158 (2012).
[5]. Urick, R. J., Principles of Underwater Sound, 3rd ed., Peninsula Publishing (2013).
[6]. Ali Khan, N. A., Sadiq, J., and Magnus Jansson, “Direction of Arrival Estimation Using Adaptive Directional Time-Frequency Distributions,” Signal Processing, Multidimensional Systems, Vol. 29, No. 2, pp. 503–521 (2018).
[7]. Yang, Z., et al., “Sparse Methods for Direction-of-Arrival Estimation,” in Academic Press Library in Signal Processing, Volume 7, Elsevier, pp. 509–581 (2018).
[8]. Abraham, D. A., “Underwater Acoustic Signal Processing: Modeling, Detection, and Estimation”, Springer (2019).
[9]. Doan, V.-S., et al., “Convolutional Neural Network-Based DOA Estimation Using Non-Uniform Linear Array for Multipath Channels,” in Industrial Networks and Intelligent Systems: 6th EAI International Conference (INISCOM 2020), Hanoi, Vietnam, August 27–28 (2020), Springer.
[10]. Doan, V.-S., et al., “MoDANet: Multi-Task Deep Network for Joint Automatic Modulation Classification and Direction of Arrival Estimation,” IEEE Communications Letters, Vol. 26, No. 2, pp. 335–339 (2021).
[11]. Eranti, P. K. and B. D. Barkana, “An Overview of Direction-of-Arrival Estimation Methods Using Adaptive Directional Time-Frequency Distributions,” Electronics, Vol. 11, No. 9, Article 1321 (2022).
[12]. Li, L., S. Song, and X. Feng, “Combined LOFAR and DEMON Spectrums for Simultaneous Underwater Acoustic Object Counting and f₀ Estimation,” Journal of Marine Science and Engineering, Vol. 10, No. 10, Article 1565 (2022).
[13]. Mahafza, B. R., “Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB”, 4th ed., Chapman and Hall/CRC (2022).
[14]. Болгов, В. М., “Акустические шумы и помехи на судах”, Судостроение (1984).
[15]. Van Son Nguyen, Thanh Chinh Nguyen, Ngoc Dong Nguyen, “A Novel Direction Finding Algorithm Applying to Underwater Passive Sonar System Based on Sparse Representation Combined Adaptive Comb Filter,” ICISN2024 - The 4th International Conference on Intelligent Systems & Networks, Hanoi (03/2024). DOI: 10.1007/978-981-97-5504-2_45.
[16]. Thanh Chinh Nguyen, Ngoc Dong Nguyen, Khac Hoan Pham, “Direction of Arrival Estimation Based on Smooth MUSIC Algorithm Combined Spectrum Selection Techniques of Noise Characteristics of Marine Targets Equipped with Propeller,” Section on Information and Communication Technology, Vol. 13, No. 01, Le Quy Don Technical University (2024). DOI: 10.56651/lqdtu.jst.v13.n1.816.ict.
[17]. Nguyen Thanh Chinh, Nguyen Ngoc Dong, Pham Khac Hoan, Nguyen Duc Minh, “Đề Xuất Giải Pháp Nâng Cao Chất Lượng Định Hướng Trên Cơ Sở Biểu Diễn Không Gian-Thời Gian-Tần Số Tín Hiệu Dùng Cho Các Hệ Thống Sonar Thụ Động,” Journal of Science & Technology Information and Communications, Posts and Telecommunications Institute of Technology, (CS.01) No. 01, pp. 72–79 (2024) (in Vietnamese).
