Analyse der Zielerkennungsleistung für einen einzelnen Vektor -Hydrophon -Histogrammalgorithmus mit dem Fenster eines Vektors

Analyse der Zielerkennungsleistung für aHistogrammalgorithmus vonEinzelvektorhydrophon

Der Histogrammalgorithmus von Single Vector Hydrophon weist eine gute Robustheit und Ziel -Azimutschätzungsleistung auf. Dieses Papier analysiert und fasst die Zielerkennungsleistung des Histogrammalgorithmus sowie einen autonomen Erkennungs- und Tracking -Algorithmus zusammenUnterwasser akustischer WandlerBasierend auf dem geschätzten Azimut des Ziels wurde vorgeschlagen. Die Ergebnisse der Computersimulation und der Anecho-Tank-Testergebnisse zeigen, dass das Signal-Rausch-Verhältnis, das der Fensterhistogrammalgorithmus für die autonome Verfolgung benötigt, größer als 7 dB betragen muss. Unter dieser Bedingung betragen der geschätzte Azimut -Fehler und die 3 -dB -Strahlbreite etwa 8◦und 20◦, beziehungsweise. Die Ergebnisse der Seeversuch zeigen, dass der Fensterhistogrammalgorithmus unter guten hydrologischen Bedingungen in der Tiefsee eine Zielerkennung und -verfolgung für ein Oberflächenschiff mit einer Geschwindigkeit von 8,4 kN in einem Bereich von 13,8 km erreichen kann. Der optimale geschätzte Azimutfehler kann 5 erreichen◦und die 3 -dB -Strahlbreite kann ungefähr 10 erreichen◦in einer Entfernung von 2 km.

Der Vektorkanal des Vektorhydrophons weist eine frequenzunabhängige Dipol-Verzeichnis auf und kann isotropen Rausch-Interferenzen widerstehen. Ein Vektorhydrophon kann eine unscharfe Orientierung in vollem Raum erreichen, was eine Lösung für die Zieldetektion auf einer kleinen unter Wasserplattform ausgestatteten bietet mit akustischen Sensoren.

Der Vorteil des Raums. In den letzten Jahren mit der kontinuierlichen Verbesserung vonVektorhydrophonsensorTechnologie, Vektorsignalverarbeitungstechnologie wird ebenfalls kraftvoll angewendet. Durch die Nachfrage wird es schnell entwickelt. Im Vergleich zu herkömmlichen Schalldruckhydrophonen liefern Vektorhydrophone umfassendere Klangfeldinformationen. Es kann nicht nur die skalare Menge des Schallfeldes messen, sondern auch die Vektoreigenschaften des Schallfeldes erhalten, die den Signalverarbeitungsraum stark erweitert. Es gibt viele Ziel -Azimut -Schätzalgorithmen, die auf einzelnen Vektorhydrophonen basieren, aber im Allgemeinen können sie gemäß dem Prinzip der Richtungsfindung in zwei Kategorien unterteilt werden: Eine ist eine Azimutschätzung, die auf Schallenergiefluss basiert; Das andere besteht darin, jeden Kanal des Vektorhydrophons als ein Mehrfach-Array zu betrachten, jedes Piezo-Element befindet Eigenschaften des Array -Flussmusters des Einzelvektorhydrophons selbst. Verschiedene Zielrichtungsalgorithmen von Vektorhydrophonen haben ihre eigenen Vor- und Nachteile. Unter ihnen weist der Histogrammalgorithmus eine bessere Robustheit und Ziel -Azimutschätzungsleistung als andere Algorithmen auf und kann das Eingriff von Schmalband und starkem Linienspektrum unterdrücken. Es ist besonders für die technische Anwendung geeignet. Dieses Papier analysiert und fasst den Histogramm -Richtungs -Finding -Algorithmus basierend auf einem einzelnen Vektorhydrophon zusammen und schlägt einen autonomen Detektions- und Tracking -Algorithmus für Unterwasserziele auf der Grundlage von Ziel Azimut vor

Abb. 6 ist die Kurve des autonomen Tracking-Flags mit dem Ziel zu Signal-Rausch wird nicht erreicht. Aus Abbildung 6 ist ersichtlich, dass der Histogrammalgorithmus, wenn das Signal-Rausch-Verhältnis größer als 7 dB ist, eine autonome Zielverfolgung erreichen kann.

2.2 Tanktestanalyse

Um die Zielerkennungsleistung des Einzelvektorhydrophon -Histogrammalgorithmus zu meistern, wurde die Zieldetektionsleistung des Einzelvektorhydrophons im anechoischen Pool durchgeführt.

Im Verifizierungstest wurde UW350 während des Tests als Schallquellenziel verwendet, und die Tiefe betrug 3 m unter Wasser. Das im Test verwendete Signal ist die Breite des Signalquellenausgangs. Mit Gaußschen weißem Rauschen wird der Ausgangspeak-zu-Peak-Wert auf 10 mV, 20 mV, 25 mV, 50 mV, 100 mV, 1 V eingestellt 10 V.

Die Signalübertragungszeit beträgt 60 s, und die Kleine der kleinen Signalemissionsschallquellenquelle wird durch die Formel 20 LG (A1/A2) berechnet, wobei A1 und A2 der Peak-to-Peak-Wert der Ausgangsausgabe der Signalquelle sind. Der Signal-emittierende Schallquellenpegel kann gemäß dem Abstand zwischen dem Vektorhydrophon und der Schallquelle berechnet werden, um das Signal-Rausch-Verhältnis jedes Kanals des Vektorhydrophons zu erhalten. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse des Breitbanddurchschnittssignals-Rausch-Verhältnisses des Schallquellensignals, das von jedem Kanal des Vektorhydrophons empfangen wird, und ergibt den Durchschnittswert des Signal-Rausch-Verhältnisses jedes Kanals unter unterschiedlichen Schallquellenemissionen Intensität. Es ist ersichtlich, dass der Peak-to-Peak-Wert des Signalquellenausgangs bei 10 mV, 20 mV, 25 mV, 50 mV, 100 mV, 1 V und 10 V liegt, das Breitbanddurchschnittssignal-Rausch-Verhältnis der Das vom Vektorhydrophon empfangene Schallquellensignal beträgt 13 dB, 7 dB, 5 dB, 1 dB, 7 dB, 27 dB und 47 dB. Die sieben Signal-Rausch-Verhältnissignale werden separat unter Verwendung des Histogrammalgorithmus verarbeitet. Die berechneten Ergebnisse der Azimutschätzung ändern sich mit der Zeit, wie in Abbildung 7 gezeigt. Die Abbildung markiert auch den Spitzen-zu-Peak-Wert des Signalausgangs und das Vektorhydrophon in jedem Zeitraum. Empfängersignal-Rausch-Verhältnis. Aus Abbildung 7 ist ersichtlich, dass sich das geschätzte Azimut des Schallquellenziels allmählich stabilisiert, wenn das empfangene Signal-Rausch-Verhältnis zunimmt und im Grunde mit dem wahren Azimut zusammenfällt. Abbildung 8 und Abbildung 9 zeigt den Azimut-Schätzfehler und 3 dB Azimutspektrumbreite der Signal-Rausch-Verhältnissignale, die durch die sieben Schallquellen durch den Histogrammalgorithmus emittiert werden. Das Verhältnis nimmt zu und nimmt allmählich ab. Der Richtungsfindungsfehler nimmt zu, wenn die Schallquelle ein Spitzen-zu-Peak-Rauschsignal von 10 V im Vergleich zu 1 V Peak-to-Peak emittiert. Dies liegt an der Schallquelle, die ein hohes Sound -Quell -Level -Signal ausgibt.

Der akustische Pool ist im Niederfrequenzband unvollständig abgeschwächt und es gibt eine starke Grenzflächenreflexion. Wenn das Signal-Rausch-Verhältnis 7 dB beträgt, beträgt der Richtungsfindungsfehler ca. 8 °, 3 dB Quadrat

Die Bit -Spektrum -Breite beträgt ungefähr 23 °; Wenn das Signal-Rausch-Verhältnis größer als 1 dB ist, beträgt der Richtungsfindungsfehler und die 3 dB Azimutspektrumbreite weniger als 4 ° bzw. 19 °. Ziel autonomer Erkennungs- und Tracking-Algorithmus mit der Intensität des Schallquellenemissionssignals, das zu sehen ist. Wenn das Signal-Rausch-Verhältnis 7 dB beträgt, kann der Histogrammalgorithmus die autonome Verfolgung des Schallquellenziels realisieren.

2.3 Marine -Testanalyse

Verwenden von Daten aus demUnterwasser akustischer SensorDie Daten zur Überprüfung der Testerdaten für die Erkennung von Tarifdaten für die Erkennung von Tarifnoten in den nördlichen Gewässern des Südchinesischen Meeres im August 2019 wurde der Histogrammalgorithmv des Single-Vektor-Hydrophons verwendet, um die Nachweisleistung der maritimen Ziele zu analysieren. Die Tiefe des Testseebereichs beträgt ca. 1500 m. Während des Tests sind die Wetterbedingungen gut und die Windgeschwindigkeit beträgt Level 2. Tiefe von 40 200 m. Im Inneren befindet sich die Hauptübergangsschicht der Schallgeschwindigkeit, und die Stimmtraktachis liegt in einer Tiefe von fast 1000 m. Während des Testtages von 12: 33-14: 02, ein Oberflächenschiff mit einer Länge von 42 m, einer Breite von 6 m und einer Geschwindigkeit von 8,4 kN in der Nähe der unter Wasser akustischen Boje bei einer Köpfe von 301 ° geleitet. Während des Zeitraums die Oberflächenschiff- und Unterwasserakustik. Die Entfernung der Boje beträgt ungefähr 2 km zur kürzesten Zeit und 13,8 km zum weitesten Zeitpunkt. Das Situationsdiagramm ist in Abbildung 11 dargestellt. Abbildung 12 zeigt den Vergleich zwischen den geschätzten Azimutgebnissen des Ziels des Oberflächenschiffs Azimut, berechnet durch den Histogrammalgorithmus und den realen Azimut. Es ist ersichtlich, dass der Histogrammalgorithmus während des gesamten Zeitraums von 12: 33-14: 02 das Ziel des Oberflächenschiffs erreichen kann.

Abbildung 13 und Fig. 14 zeigt den Histogrammalgorithmus für den Erfindungsfehler der Oberflächenschiff-Zielrichtung und die 3-dB-Azimut-Spektrum-Breite gegenüber der Zeitkurve in der Zeitperiode von 12: 33-14: 02. Es ist ersichtlich, dass der Richtungsfindungsfehler der beste ist, der innerhalb von 5 ° ° m erreichen kann, und die 3 -dB -Azimut -Spektrumbreite kann etwa 10 ° in der Nähe des engen Ortpunkts erreichen. Aufgrund der Abweichung der Unterwasserposition der Unterwasser akustischen Boje ist der Abstand zwischen dem Oberflächenschiff und der Bojeplattform relativ nahe. Der zum Zeitpunkt der Richtungsfindung stehende Fehlerfehler steigt. Abbildung 15 ist die Kurve des Zielverfolgungsmarks im Laufe der Zeit, die durch den autonomen Erkennungs- und Tracking -Algorithmus der Ziele berechnet wurde. Es ist ersichtlich, dass der Algorithmus für ein Oberflächengefäß mit einer Geschwindigkeit von 8,4 kN in einem Abstand von 13,8 km eine autonome Zielverfolgung im gesamten Bereich erreichen kann.

3 Schlussfolgerung

In diesem Artikel zielt auf die technischen Anwendungsanforderungen von Einzelvektorhydrophonen auf unbemannten Unterwasser-unbemannten Plattformen ein.Unterwasser -Ultraschallsensorund verwendet Simulationsberechnungen, anechoische Panzertests und Marine-Testanalyse, um basierend auf einem Wasser-Wasser-Wasser zusammenzufassen. Der Histogrammalgorithmus des Hörers hatte eine Standard-Erkennungsleistung. Die Ergebnisse von Computersimulation und anechoischen Pool-Testdaten zeigen, dass das vom Histogrammalgorithmus erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis zur Erzielung einer autonomen Verfolgung größer als 7 dB sein muss. Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Richtungsfindungsfehler etwa 8 ° und die 3 dB Azimut -Spektrumbreite beträgt ungefähr 20 °. Die marinen Testdaten zeigen, dass der Histogrammalgorithmus unter guten hydrologischen Bedingungen in der Tiefsee in einem Abstand von 13,8 km für ein Oberflächengefäß mit einer Geschwindigkeit von 8,4 kN die vollständige Zieldetektion und -verfolgung erreichen kann und der beste Richtungsfest -Fehler erreichen kann 5 °. Die 3 -dB -Azimut -Spektrumbreite kann ungefähr 10 ° in der Nähe des Nahpositionspunkts erreichen.