Tóm tắt Luận án Nghiên cứu thuật toán xử lý trường phối hợp thích nghi cho sonar thụ động định vị mục tiêu ngầm trong vùng biển nước nông Việt Nam

1 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG 
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ 
NGUYỄN XUÂN LONG 
NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN XỬ LÝ TRƯỜNG PHỐI HỢP 
THÍCH NGHI CHO SONAR THỤ ĐỘNG ĐỊNH VỊ MỤC TIÊU NGẦM 
TRONG VÙNG BIỂN NƯỚC NÔNG VIỆT NAM 
Chuyên ngành: Kỹ thuật Địện tử 
Mã số: 62 52 02 03 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI - 2016 
2 
Công trình được hoàn thành tại: 
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ 
BỘ QUỐC PHÒNG 
Người hướng dẫn khoa học: 
 1. PGS.TS Trịnh Đăng Khánh 
 2. PGS.TS Nguyễn Quang Hùng 
Phản biện 1: GS.TS Bạch Gia Dương 
 Đại học Công nghệ Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội 
Phản biện 2: PGS. TSKH Đỗ Đức Lưu 
 Đại học Hàng hải Việt Nam 
Phản biện 3: PGS.TS Trịnh Văn Loan 
 Đại học Bách khoa Hà Nội 
 Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại 
Viện KH&CN Quân sự vào hồi ngày tháng năm 2016. 
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 
 - Thư viện Viện KH&CN Quân sự; 
 - Thư viện Quốc gia Việt Nam. 
1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết 
 Sonar thụ động là khí tài đã cho thấy có vai trò quan trọng trong trang bị của 
quân đội để bảo vệ các công trình, căn cứ tại vùng nước nông ở các nước có biển 
nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Trên thế giới, việc nghiên cứu vấn đề xử lý 
trường phối hợp trong sonar thụ động để định vị mục tiêu được cộng đồng các nhà 
khoa học rất quan tâm. Trong đó, hướng nghiên cứu về phương pháp xử lý trường 
phối hợp MFP (Matched Field Processing), áp dụng trong sonar xử lý các tín hiệu 
và môi trường để định vị mục tiêu. Đây là xu hướng tiếp cận mới, được dựa trên 
việc sử dụng thông tin cần thiết về các đặc trưng của tín hiệu và nhiễu, đồng 
thời với các số liệu tiên nghiệm về kênh lan truyền của tín hiệu. Tuy nhiên bí 
quyết công nghệ và đặc biệt là những nghiên cứu về các tham số môi trường biển 
của mỗi quốc gia thường không được công bố, chính vì vậy đề tài luận án này tập 
trung: “Nghiên cứu thuật toán xử lý trường phối hợp thích nghi cho sonar thụ 
động định vị mục tiêu ngầm trong vùng biển nước nông Việt Nam”. 
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 
 Mục tiêu: 
 Nghiên cứu xây dựng thuật toán MFP thích nghi áp dụng cho mô hình sonar 
thụ động nhằm định vị được nguồn âm mục tiêu ngầm dải rộng, mức nh ở điều 
kiện có nhiễu trong vùng iển ự kiến triển khai mô hình sonar thụ động. Việc xây 
dựng thuật toán dựa trên công cụ tính toán của mô hình kênh âm, thực hiện tổng 
hợp, xử lý các tham số thủy âm tại một khu vực biển nước nông cụ thể của Việt 
Nam. 
 Nội dung: 
 Tổng quan phương pháp chung về xử lý thông tin thủy âm của các phương 
tiện thủy âm thụ động, được phối hợp với kênh lan truyền, với các đặc trưng của 
tín hiệu và nhiễu; Nghiên cứu những vấn đề của thuật toán MFP đã được công bố, 
xác định những vấn đề cơ ản về ứng dụng của chúng. Đặt bài toán với các yêu 
cầu cần giải quyết cụ thể của sonar thụ động về định vị. 
 Đánh giá môi trường truyền âm, một số phương pháp sử dụng thuật toán MFP 
định vị mục tiêu ngầm của sonar thụ động trong vùng iển nước nông cụ thể; Phân 
tích công cụ tính kênh âm cơ sở áp dụng mô hình với những đặc thù môi trường ở 
vùng iển iệt am đã được chọn để ự kiến triển khai sonar; ghiên cứu các ứng 
dụng của thuật toán MFP cho hệ thống sonar thụ động. 
 Xây dựng thuật thuật toán MFP thích nghi, ải rộng, tương quan ch o để định 
vị vị trí nguồn âm tín hiệu ải rộng, mức thấp, có ạng sóng phát chưa iết, làm việc 
trong điều kiện iển nước nông iệt am; Mô ph ng đánh giá về thuật toán đã xây 
dựng áp dụng trong mô hình sonar thụ động. 
2 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
Đối tượng nghiên cứu: 
Mô hình ống dẫn sóng đại ương ứng dụng giải quyết vấn đề truyền âm trong 
biển nước nông. Những đặc trưng của nguồn âm mục tiêu ngầm, nhiễu đại ương 
và các thuật toán MFP áp dụng cho mô hình sonar thụ động thích nghi, nhằm định 
vị được nguồn âm mục tiêu dải rộng, mức nh . 
Phạm vi nghiên cứu: 
Để làm rõ bản chất của thuật toán MFP áp dụng cho sonar thụ động định vị 
mục tiêu, trong luận án này nghiên cứu sinh tập trung nghiên cứu: 
Phạm vi đối tượng: Những tham số thủy âm của vùng iển nước nông cụ thể ở 
Việt Nam, mô hình hóa tính toán sự truyền âm trong nước, các thuật toán MFP định 
vị mục tiêu ngầm trong biển nước nông mà mô hình sonar thụ động áp ụng. 
Phạm vi vấn đề: Những tham số môi trường trong kênh âm và ảnh hưởng của 
chúng tới sự hoạt động định vị mục tiêu; vấn đề về kênh lan truyền âm, nguồn âm 
mục tiêu, nguồn nhiễu; Cơ sở toán học và vật lý phù hợp giải quyết các vấn đề về 
lan truyền âm trong biển nước nông. Định vị nguồn âm mục tiêu, các mô hình, công 
cụ áp dụng và phương tiện mô ph ng để thực hiện các nội dung nghiên cứu. 
4. Phương pháp nghiên cứu 
Sử ụng phương pháp thống kê thu thập số liệu đo đạc về các tham số môi 
trường nước iển cụ thể để mô hình hóa kênh âm đại ương vùng iển đó; 
Sử ụng phương pháp mo chu n mô tả quá trình lan truyền sóng âm trong 
 iển nước nông; sử ụng mô hình ống ẫn sóng để áp ụng tính toán giải quyết ản 
chất, mối liên hệ các tham số về lan truyền sóng trong kênh âm; 
Trên cơ sở những nghiên cứu về sonar thụ động áp ụng thuật toán MFP đã 
được công ố trên thế giới, ùng phương pháp đánh giá để nhận định tính hiệu quả 
của giải thuật cho sự phù hợp của điều kiện nghiên cứu áp ụng thuật toán MFP cho 
sonar thụ động ở iệt am. Phát triển nghiên cứu th o hướng xây ựng thuật toán 
với mục đích cải thiện được đối tượng định vị là mục tiêu ải rộng, trong trường 
hợp có nhiễu; ùng phương pháp so sánh đánh giá hiệu quả sử ụng thuật toán MFP 
áp ụng định vị các loại ải tín hiệu trong cùng môi trường của khu vực khảo sát. 
Sử ụng phương pháp mô ph ng ằng công cụ Mathla để tạo giả các tín hiệu 
và so sánh đánh giá hiệu quả của thuật toán được xây ựng . 
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án 
Ý nghĩa khoa học: 
Đã nghiên cứu tập hợp cơ sở ữ liệu về các tham số môi trường, đảm ảo tính 
phù hợp khi áp ụng các công cụ lý thuyết, cũng như thực hành tính toán giải thuật. 
Đã đi sâu nghiên cứu xây ựng thuật toán mới áp ụng cho sonar thụ động với 
công ụng, tính năng về định vị mục tiêu cụ thể (CC-A-BB-MFP) ằng xử lý các 
tham số về môi trường trong vùng iển nước nông iệt nam, khai thác th o các mô 
3 
hình công cụ tính toán lý thuyết của một số nghiên cứu đã công ố. 
 uận án cũng đã luận giải, chứng minh tính mới của nghiên cứu về kết quả 
định vị mục tiêu ngầm khi sonar làm việc trong điều kiện iển cụ thể của iệt am. 
Mô ph ng đánh giá mang tính trực quan và có định lượng các chỉ tiêu th o các 
tham số trong mô ph ng, quan tâm xây ựng sự lô gic trình tự chức năng th o các 
 ước của thuật toán mới được xây ựng. 
Ý nghĩa thực tiễn: 
Các kết quả nghiên cứu của luận án đã góp phần làm rõ được tính khả thi của 
việc hiện thực hóa xây ựng thuật toán MFP giải quyết vần đề định vị mục tiêu. 
Trong thực tế, hiện nay quân đội chúng ta cũng đang có chương trình đánh giá 
các yếu tố ảnh hưởng tới cự ly hoạt động của các phương tiện thủy âm, với kết quả 
nghiên cứu cũng góp phần làm rõ hơn về một trường hợp cụ thể của chương trình 
nói trên. 
 uận án đã tổng hợp, sử ụng tham số cơ ản liên quan, ảnh hưởng tới lan 
truyền âm và các giải pháp k thuật thực hiện trong nghiên cứu, đề xuất miền ứng 
 ụng sát với điều kiện thực tế cho việc xây ựng triển khai trạm sonar thụ động cố 
định, tại vùng iển nước nông iệt am. 
6. Bố cục luận án 
Bao gồm phần mở đầu, a chương và kết luận chung, cụ thể như sau: 
Chương 1. Tổng quan về MFP thích nghi cho sonar thụ động định vị mục tiêu 
ngầm 
Tổng quan các phương pháp chung xử lý thông tin thủy âm của phương tiện 
thủy âm thụ động được phối hợp với kênh lan truyền, với các đặc trưng của tín 
hiệu mục tiêu và nhiễu. Trình bày các vấn đề yêu cầu về xử lý thích nghi trong 
định vị nguồn âm bằng đánh giá th o t số tín trên tạp tối thiểu; nêu các vấn đề 
thích nghi làm tăng đáng kể khả năng của các hệ thống tính toán, xử lý dữ liệu, 
nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của các phương tiện thủy âm; viện dẫn các 
thực hiện thích nghi th o hướng tới, các đặc trưng cơ ản của tín hiệu mục tiêu và 
nhiễu tạp âm biển. Trên cơ sở phân tích các thuật toán MFP đã được công bố, xác 
định được các vấn đề cơ ản, để nghiên cứu về hoạt động của hệ thống sonar thụ 
động th o hướng MFP, trong đó quan tâm đến các đặc trưng của môi trường, các 
đặc trưng của tín hiệu và nhiễu. Từ đó đặt bài toán và các yêu cầu cần giải quyết. 
Chương 2. Đánh giá môi trường truyền âm, nghiên cứu thuật toán định vị mục 
tiêu ngầm của sonar thụ động trong vùng biển nước nông Việt Nam 
Đánh giá môi trường truyền âm, các thuật toán MFP định vị mục tiêu ngầm của 
sonar thụ động trong vùng iển nước nông. hảo sát về tham số thủy âm với các 
đặc trưng có thể làm số liệu thủy văn điển hình để thử nghiệm, đánh giá th o các 
mô hình thuật toán xử lý tín hiệu thủy âm trong vùng iển nước nông iệt am; 
Phân tích công cụ nghiên cứu và các đặc thù môi trường ở vùng iển iệt am đã 
được chọn ự kiến triển khai; 
4 
 ghiên cứu các thuật toán MFP cho hệ thống sonar thụ động điển hình. Trên 
cơ sở đó đề xuất thuật toán CC-A-BB-MFP (Cross Correlation - Adaptive - Broad 
Band - Matching Field Processing) thích nghi, tương quan ch o để định vị vị trí 
nguồn âm tín hiệu ải rộng, mức thấp với ạng sóng phát chưa iết, làm việc trong 
điều kiện iển nước nông iệt am. 
Chương 3. Xây ựng mô hình hệ thống sonar thụ động, đánh giá thuật toán 
CC-A-BB-MFP thích nghi, định vị mục tiêu ngầm có mức nguồn âm nh trong 
vùng biển nông Việt Nam. 
Xây ựng mô hình hệ thống sonar thụ động định vị mục tiêu ngầm trong 
vùng iển nước nông iệt am; êu đặc thù nguồn âm mục tiêu mức nh , dải tần 
số thấp trong điều kiện có nhiễu. 
Đề xuất thuật toán CC-A-BB-MFP, sử dụng khi định vị mục tiêu ngầm có 
mức nguồn âm nh , trong vùng iển nông iệt am với mong muốn hạn chế và 
khử được nhiễu; 
Mô ph ng quá trình của thuật toán CC-A-BB-MFP khử nhiễu ở chế độ định 
vị mục tiêu ngầm, mức nguồn âm nh trong vùng iển nông iệt am. Thuật 
toán làm việc trong điều kiện có các loại nhiễu khác nhau là auss và i ull 
với mức nhiễu lớn. Thuật toán định vị tốt nguồn âm ải rộng, khi có nhiễu với t 
số S R nh hơn -3dB. 
 HƯ NG 1 T NG QU N VỀ Ử LÝ TRƯỜNG PHỐI HỢP TH H NGHI 
 HO SON R THỤ ĐỘNG ĐỊNH VỊ MỤ TI U NGẦM 
 Phân tích tổng quan các công trình đã có liên quan tới đề tài nghiên cứu, 
những vấn đề xử lý ở hệ thống sonar thụ động khi phối hợp với môi trường, với 
các đặc trưng của các trường tín hiệu và nhiễu để định vị mục tiêu. 
 Đặt bài toán và dự kiến hướng nghiên cứu cơ ản trong luận án. 
1.1. ác phương pháp M P thích nghi cho sonar thụ ộng hiện tại ở Việt 
Nam và nước ngoài 
 Các phương pháp MFP thích nghi với các đặc trưng của tín hiệu và nhiễu cho 
sonar thụ động, có thể được tiếp cận th o các phương pháp sau: 
(1) Tiếp cận th o phương pháp MFP ải h p với đặc trưng tín hiệu đã iết. 
(2) Tiếp cận th o phương pháp MFP thích nghi với đặc trưng tín hiệu ải rộng 
chưa iết và trong điều kiện có nhiễu. 
 ử lý trường phối hợp th ch nghi c c đ c trưng t n hiệu i rộng i h p 
đ i t v chưa i t 
 Tính thích nghi trong hệ thống sonar thụ động đơn giản nhất, mô tả như trong 
việc thu tín hiệu, để nhận được mức cực đại của tín hiệu thì phải thay đổi góc 
nghiêng của giản đồ hướng anten trong mặt phẳng đứng; hay việc chọn lựa tối ưu 
vùng tần số, cho các điều kiện cụ thể của xử lý tín hiệu trong miền tần số. Thủ tục 
thích nghi có thể được thực hiện trực tiếp bởi trắc thủ thủy âm. 
5 
Hình 1.1. Tính dị hướng của các tạp âm đại ương trong mặt phẳng đứng (đường n t 
liền khi f 1k z; đường n t đứt khi f = 10kHz) 
1.1.1.2 
 Để mô ph ng nguồn âm nói chung và của mục tiêu ngầm nói riêng, để thuận 
lợi cho phân loại và đánh giá các loại mục tiêu ngầm khác nhau, nhằm khai thác 
triệt để thông tin của các loại nguồn âm khác nhau đó. Ta phân nguồn âm thành 2 
loại có tín hiệu ải rộng và ải h p. guồn âm có tín hiệu ải rộng có phổ tín hiệu 
tương ứng với ải phổ của mục tiêu ngầm từ 50 z đến 500 z, đây là loại nguồn 
âm mục tiêu ngầm điển hình nhất. goài ra nguồn âm có phổ ải h p là phổ vạch 
tương ứng với một số tần số rời rạc ví ụ 100 z, 200 z, 350 z. 
1.1.2. ệ thống sonar thụ động ử lý trường phối hợp i h p với đ c trưng t n 
hiệu đ i t 
 Sơ đồ khối mô hình sonar thực hiện các phương pháp như vậy được đưa ra 
trên hình 1.2. 
Hình 1.2. Mô hình sonar xử lý trường phối hợp đánh giá vị trí của nguồn âm 
Vùng im lặng 
Mạng anten 
Mẫu số liệu th o 
thời gian 
1
2 3
M 
Tần số 
nguồn âm 
Mô tả tốc 
độ âm th o 
độ sâu 
Các số liệu 
về môi 
trường 
Ống ẫn sóng âm 
Mô hình lan truyền 
 c tơ định hướng 
Phổ tương hỗ 
Đánh giá ma trận 
Bộ lọc phối hợp 
Bộ xử lý tín hiệu 
Đánh giá vị trí nguồn âm 
6 
1.1.3. ệ thống sonar thụ động ử lý trường phối hợp th ch nghi với đ c trưng 
t n hiệu i rộng chưa i t v l m việc trong đi u kiện c nhiễu 
 Trên hình 1.3 đã chỉ ra sự phân loại các thuật toán thích nghi. Có a phương 
pháp thích nghi ứng ụng xử lý tín hiệu thủy âm trường có nhiễu thủy âm phức 
tạp: 
 ình 1.3. Các thuật toán thích nghi phối hợp 
với tín hiệu, nhiễu và môi trường thủy âm 
1.2. Phân tích và chọn lựa phương pháp nâng cao tính hiệu quả cho hệ thống 
sonar thụ ộng làm việc trong biển nước nông 
 Căn cứ đặc điểm chính về vùng nước triển khai sonar thụ động, để đảm bảo 
yêu cầu về tính hiệu quả làm việc của sonar, cần thiết thực hiện các yêu cầu sau: 
 - Hợp lý hóa cách bố trí, lắp đặt sonar thụ động với cấu trúc cho trước trong 
giới hạn vùng quan sát; 
 - Cần có các tham số thủy âm, thủy văn trong vùng nước nông điển hình này 
để cung cấp cho nghiên cứu, khảo sát và đánh giá các mô hình thuật toán xử lý tín 
hiệu thủy âm; 
 - Xây dựng cấu trúc của các sonar thụ động và các phương pháp xử lý thông 
tin thủy âm thích nghi với các điều kiện cụ thể của môi trường. 
1.3. Đặt bài toán nghiên cứu 
 Qua các phân tích đánh giá và rút ra từ tổng quan tình hình nghiên cứu, bài 
toán của luận án được đặt ra cụ thể như sau: 
 Nghiên cứu thuật toán MFP thích nghi, ể nâng cao khả năng ịnh vị 
mục tiêu ngầm của sonar thụ ộng cố ịnh trong vùng biển nước nông Việt 
Nam. 
1) Giới hạn bài toán: 
 - ghiên cứu sonar thụ động định vị mục tiêu ngầm trong vùng nước nông 
bằng áp dụng thuật toán MFP thích nghi; 
 - Phạm vi hoạt động của sonar là vùng biển nước nông cụ thể, với các tham số 
môi trường đặc trưng ảnh hưởng tới kênh lan truyền âm của khu vực đó. 
2) Phương ph p gi i quy t bài toán: 
 - Mô hình hóa kênh lan truyền âm bằng các mô hình, công cụ toán học để 
thực hiện; 
Các phương 
pháp thích nghi 
Các phương pháp 
phối hợp với 
trường tín hiệu 
Các phương pháp 
phối hợp với 
trường nhiễu 
Các phương pháp 
phối hợp với 
môi trường 
7 
 - Phân tích, đánh giá các nghiên cứu đã công ố để lựa chọn mô hình sonar 
triển khai phù hợp trong vùng nước nông Việt Nam, có khả năng thực thi về tính 
toán, quan tâm việc chi phí hợp lý và triển khai thuận lợi. 
 - Nghiên cứu, đề xuất thuật toán xứ l ...  âm và các tham số môi trường 
Tính hàm Green Gˆ 
Ước lượng giá trị nguồn âm sˆ 
Tính giá trị trường thay thế rˆ 
Tính 
2
e tại mắt lưới thứ k 
Kết thúc 
Giá trị thu 
được ở đầu 
thu 
Hydrophone 
k ≤ 
k = k + 1 
Xác định min 
2
e trên toàn bộ các mắt lưới 
18 
 Môi trường vùng iển nước nông được chỉ ra trên ản đồ, các tham số đã đưa ra 
ở mô hình kênh âm hình 2.5 của chương 2 và ta khảo sát mô ph ng với: Các nguồn 
âm dải rộng (50÷100)Hz, (50÷250)Hz; (50÷450)Hz và (50÷500)Hz; Độ sâu nguồn âm 
59m, khoảng cách 2000m; Độ sâu hydrophone thu: 50m. 
Hình 3.4. ưu đồ thuật toán định vị nguồn âm th o phương pháp BB-MFP. 
 ự ế : 
Bước 1: Chia không gian quan sát thành ma trận các điểm th o khoảng cách và độ 
sâu: hoảng cách 1000 3000m, giãn cách điểm 10m; độ sâu 10m110m, giãn cách 
điểm 2m; 
Bước 2: Tính giá trị hàm r n th o tần số tại vị trí tương đối giữa các mắt lưới với 
nguồn thu. Sau đó thực hiện iến đổi ngược IFFT sẽ tính được hàm r n th o thời 
gian. Từ đó tính ma trận tích chập Gˆ của hàm r n; 
Bước 3: Ước lượng giá trị nguồn âm sˆ ; 
Bước 4: Tính giá trị trường thay thế rˆ tại điểm thu tương ứng với mỗi vị trí của 
nguồn phát ở mỗi mắt lưới; 
Bắt đầu 
Nhập các tham số vận tốc âm, 
tần số nguồn âm và các tham số môi trường 
Tính hàm Green theo fi : ˆ ( )iG f 
Ước lượng giá trị nguồn âm sˆ 
Tính giá trị trường thay thế rˆ 
Tính 
2
e tại mắt lưới thứ k 
Kết thúc 
Giá trị thu 
được ở đầu 
thu 
Hydrophone 
k ≤ 
k = k + 1 
Xác định min 
2
e trên toàn bộ các mắt lưới 
Tính 
iGˆ( f ) 
19 
Bước 5: So sánh tương quan giữa tín hiệu trường thay thế và tín hiệu thu thực ằng 
thuật toán ình phương tối thiểu. ( ặp lại ước 2 cho tất cả các mắt lưới); 
Bước 6: ặp lại từ ước 2 đến ước 5 tìm giá trị sai số ình phương trung ình nh 
nhất để ước lượng vị trí nguồn âm đúng nhất. 
Dải thông 
nguồn âm 
 ị trí mục tiêu 
th o cự ly và độ 
sâu thực tế 
 ị trí 
đánh giá 
Sai số xác định 
vị trí 
Biên độ T số 
đỉnh/nền 
0sr (m) 0sz (m) rˆ (m) zˆ (m) r (m) z (m) Đỉnh ền 
(50÷100)Hz 2000 59 2000 60 0 1 72.0834.. 0.0916 787.2819.. 
(50÷150)Hz 2000 59 2000 58 0 1 42.4198.. 0.1966 215.7741.. 
(50÷250)Hz 2000 59 2000 58 0 1 9.7817 0.3172 30.8399.. 
(50÷350)Hz 2000 59 2000 58 0 1 1.2369 0.0379 32.6658.. 
(50÷450)Hz 2000 59 2000 60 0 1 1.0561 0.0974 10.8468.. 
(50÷500)Hz 2000 59 2000 26 0 33 2.2858 0.0739. 30.9135.. 
Bảng 3.1. Đánh giá sai số định vị và iên độ đỉnh phát hiện đối với các nguồn âm có 
 ải thông khác nhau. 
 ế ậ 
 ết quả mô ph ng cho thấy xử lý BB-MFP cho kết quả tốt nhất với ải rộng xử 
lý từ 50 z đến 300 z. ới độ rộng phổ lớn hơn nữa thì xử lý cho kết quả định vị có 
sai số lớn ần và sinh ra nhiều đỉnh phụ trong ề mặt xác định mục tiêu. So sánh đối 
với MFP ải h p truyền thống áp ụng cho dải rộng thì áp dụng MFP ải rộng có kết 
quả định vị tốt hơn nhiều, đặc iệt trường hợp đối với 1 hy rophon . 
Tuy vậy, thuật toán BB-MFP chưa thực hiện thích nghi với môi trường và thực 
hiện tương quan khử nhiễu để có thể thực hiện định vị mục tiêu ngầm với mức 
nguồn âm nh trong vùng iển nước nông. Phần tiếp th o luận án tiếp tục phát triển 
thuật toán th o hướng thích nghi và khử nhiễu. 
3.4. Đề uất thuật toán ử lý trường phối hợp dải rộng thích nghi tương quan 
CC-A-BB-MFP khử nhiễu ịnh vị mục tiêu ngầm mức ngu n âm nh trong 
v ng iển n ng Việt Nam 
3 4 Đ t v n đ 
Đề xuất thuật toán CC-A-BB-MFP được áp dụng để khử nhiễu, định vị mục tiêu 
ngầm mức nguồn âm nh trong vùng iển nông iệt am. Để tiếp tục đánh giá môi 
trường khi có nhiễu tác động và khi t số S R nh , luận án sẽ đi sâu vào phân tích 
ảnh hưởng của nhiễu khi định vị nguồn âm ải rộng sử ụng thuật toán CC-A-BB-
MFP để nâng cao hiệu quả định vị nguồn âm trong vùng iển nước nông ự kiến lắp 
đặt trạm thủy âm. 
3.4.2 M h nh t n hiệu v nhiễu 
20 
 ình 3.5 Mô hình mạng hy rophon phát hiện 
và định vị nguồn âm trong vùng iển nước nông có nhiễu. 
Ta x m x t một mô hình mạng có hai hy rophon , nguồn âm và nhiễu iểu iễn 
trên hình 3.5. 
Mỗi hy rophon thu nhận tín hiệu từ nguồn âm là tín hiệu có thể được iểu iễn 
 ằng một tích chập cộng tín hiệu s(t) với nhiễu ni(t): 
 ( ) ( ) ( ) ( )i i ir t s t g t n t ( ) ( ) ( )i is g t d n t  
 , (3.11) 
Trong đó s(t) là tín hiệu phát tại vị trí (r0, z0), gi(t) là đáp ứng xung đại ương và 
ni(t) là tạp âm cộng, i = 1,2.. 
Trong hệ thống rời rạc, phương trình (3.11) có thể được miêu tả ằng: 
1
0
( ) ( ) ( ) ( )
N
i i i
m
r n s m g n m n n
  (3.12) 
Trong đó n, m chỉ thị giá trị của s và g tại lần rời rạc n và m. Phương trình (3.12) 
có thể viết với sử ụng ký hiệu ma trận: ri = Gis + ni, i = 1, 2.. 
1. Dạng tín hiệu thu với nhiễu auss th o SNR = -3dB, 0dB, 3dB, 6dB và 10dB. 
2. Dạng tín hiệu thu với nhiễu i ull theo SNR = 0dB, 3dB, 6dB và 10dB. 
3.4.6.1. Thuật toán A-BB-MFP 
 Thực hiện mô hình áp lực đo tại hy rophon phối hợp tốt nhất với mô hình ước 
lượng của nguồn âm, khi đó thuật toán MFP ải rộng thích nghi tại vị trí độ sâu cho 
kết quả định vị tốt nhất trong điều kiện môi trường truyền âm có nhiễu và yêu cầu t 
số tín trên tạp nh nhất. 
 Trên cơ sở phát triển thuật toán MFP để nâng cao chất lượng định vị nguồn âm 
 ải rộng trong điều kiện môi trường vùng nước nông khi có nhiễu, luận án đề xuất 
thuật toán CC-A-BB-MFP. 
1. Mô ph ng thuật toán tương quan khử nhiễu Gauss, t số SNR khác nhau với tín 
hiệu dải rộng 50 z đến 150Hz, 2 hydrophone ở độ sâu 20m và 22m. 
2. Mô ph ng thuật toán tương quan khử nhiễu Weibull, t số SNR khác nhau, tín 
hiệu dải rộng 50Hz-150Hz, 2 hydrophone ở độ sâu 20m và 22m. 
Hydrophone 
âm 
21 
Bắt đầu
 hập tham số mắt lưới
 ị trí an đầu đầu của 
hydrophone
Thay đổi độ sâu hy rophon 
Tương quan trường thay thế 
mỗi điểm lưới với trường 
hydrophone
Đánh giá iên độ phát hiện 
và độ chính xác tọa độ
k ≤ Z
Xác định độ sâu phù hợp 
nhất của hy rophon 
k = k + 1
3.4.6.2. Kết qu mô ph ng: Bảng 3.2. Đánh giá sai số định vị và iên độ đỉnh phát 
hiện đối với độ sâu y rophon khác nhau. 
Độ sâu 
hydrophone 
 ị trí mục tiêu 
th o khoảng 
cách và cự ly 
thực tế 
 ị trí đánh 
giá 
Sai số xác định 
vị trí 
Biên độ 
T số đỉnh/nền 
PBR 
0sr (m) 0sz (m) rˆ (m) zˆ (m) r (m) z (m) Đỉnh ền 
10m và 12m 2000 59 2000 60 0 1 2.0596.. 0.0139.. 148.1021.. 
20m và 22m 2000 59 2000 58 0 1 3.7243.. 0.0172.. 216.3200.. 
30m và 32m 2000 59 2000 60 0 1 1.4345.. 0.0130.. 110.5232.. 
40m và 42m 2000 59 2000 58 0 1 0.5063.. 0.0112.. 45.3298.. 
50m và 52m 2000 59 2000 60 0 1 2.3228.. 0.0149.. 155.8858.. 
60m và 62m 2000 59 2000 58 0 1 1.1465.. 0.0137.. 83.7766.. 
70m và 72m 2000 59 2000 58 0 1 2.0256.. 0.0158.. 128.4600.. 
80m và 82m 2000 59 2000 60 0 1 1.2484.. 0.0127.. 97.9884.. 
90m và 92m 2000 59 2000 60 0 1 1.9175.. 0.0195.. 98.4712.. 
 ậ CC-A-BB-MFP 
 Trên cơ sở phát triển thuật toán MFP để nâng cao chất lượng định vị nguồn 
âm ải rộng trong điều kiện môi trường vùng nước nông khi có nhiễu, luận án đề 
xuất thuật toán CC-A-BB-MFP khử nhiễu. 
 ình 3.6. ưu đồ thuật toán A-BB-MFP 
22 
Hnh 3.7 ưu đồ thuật toán CC-A-BB-MFP. 
1. Mô ph ng thuật toán tương quan khử nhiễu Gauss t số SNR khác nhau với tín 
hiệu dải rộng 50 z đến 150Hz, 2 hydrophone ở độ sâu 20m và 22m. 
2. Mô ph ng thuật toán tương quan khử nhiễu Weibull t số SNR khác nhau với 
tín hiệu dải rộng 50Hz-150Hz, 2 hydrophone ở độ sâu 20m, 22m. 
Bảng 3.3. Đánh so sánh đánh giá hiệu quả khử nhiễu auss và nhiễu i ull khi 
sử ụng thuật toán MFP ải rộng tương quan khử nhiễu với các mức khác nhau 
(với tọa độ thực tế nguồn âm là rs0 = 2000m, zs0 = 59m). 
Bắt đầu 
Nhập các tham số vận tốc âm, dải tần số 
âmvà các tham số môi trường 
 Tính hàm Green theo fi : ˆ ( )iG f 
Tính iG( f ) , IFFT hàm Gˆ 
Giá trị thu được ở 
hydrophone 1 r1 
Giá trị thu được ở 
hydrophone 2 r2 
Tính hàm tương quan r12 
Tính giá trị trường thay thế 1ˆr 
Tính giá trị trường thay thế 2ˆr 
Tính tương quan ch o 12rˆ 
Tính giá trị 
2 2
12 12
ˆe r r 
z ≤ M 
Xác định min 
2
e trên toàn bộ các mắt lưới 
Xác định vị trí nguồn âm 
Kết thúc 
Độ sâu 
hydrophone zi 
z = z + 1 
Ước lượng giá trị nguồn âm s1 
Ước lượng giá trị nguồn âm s2 
23 
T số 
SNR 
(dB) 
Tương quan khử nhiễu Gauss Tương quan khử nhiễu i ull 
 ị trí đánh giá Đỉnh ền 
T số 
đỉnh/nền 
 ị trí đánh 
giá 
Biên độ ền 
T số 
đỉnh/nền 
Rs0(m)
zs0(m)
Up Ug PBR rˆ (m) zˆ (m) Up Ug PBR 
10 2000 59 9.0601 0.0176 516.0251 2000 60 7.8731.. 0.0179.. 441.0070.. 
6 2000 58 2.6108 0.0165 158.2834 2000 58 5.8126.. 0.0170.. 342.1975.. 
3 2000 62 0.4815 0.0137 35.2004 2000 58 0.8740.. 0.0153.. 57.3087.. 
0 2000 58 0.1915 0.0178 10.7383 2000 58 0.1336.. 0.0148.. 9.0508.. 
-3 2000 56 0.1133 0.0194 5.8484 2000 56 0.0218.. 0.0105.. 2.0821.. 
 Để nâng cao hiệu quả khử nhiễu trong vùng nước nông tốt hơn cần đánh giá 
thống kê đặc tính của nhiễu th o thời gian và thiết lập đặc tính thích nghi cho hệ 
thống tương quan này. 
 Đánh giá chung kết quả m ph ng 
 Kết quả mô ph ng thực hiện MFP xử lý tín hiệu ải rộng thích nghi, tương 
quan khử nhiễu với hai loại nhiễu điển hình là auss và i ull. ết quả mô 
ph ng cho thấy hiệu quả MFP ải rộng thích nghi tốt với môi trường, tương quan 
khử nhiễu auss tốt, định vị đạt được độ lợi tín hiệu trong t số S R lớn hơn -
3 B. Còn nhiễu i ull định vị tốt khi t số S R lớn hơn -3dB. Tuy nhiên mức -
3 B có t số /nền thấp hơn so với nhiễu auss. 
3.5. Kết luận chương 3 
- Xây ựng mô hình hệ thống sonar thụ động định vị mục tiêu ngầm trong 
vùng iển nước nông iệt am; 
- Đề xuất thuật toán mới CC-A-BB-MFP định vị mục tiêu ngầm với mức 
nguồn âm nh trong vùng iển nông iệt am; 
- Mô ph ng thuật toán CC-A-BB-MFP định vị mục tiêu ngầm với mức nguồn 
âm nh trong vùng iển nông iệt am. Thuật toán làm việc trong điều kiện 
mức nhiễu lớn của các loại nhiễu khác nhau là auss và i ull. Thuật toán 
định vị tốt nguồn âm ải rộng khi có nhiễu với t số S R nh hơn -3dB. 
 Chương 3 đã xây ựng được hệ thống sonar thụ động làm việc ựa trên thuật 
toán CC-A-BB-MFP định vị mục tiêu ngầm với mức nguồn âm nh trong vùng 
biển nông. 
KẾT LUẬN 
1. ác kết quả của luận án 
 uận án đã nghiên cứu tổng quan tình hình về sonar thụ động định vị mục 
tiêu ngầm, những phương pháp xử lý tín hiệu trên cơ sở nghiên cứu các đặc trưng 
tín hiệu âm, nhiễu và các tham số môi trường ảnh hưởng tới lan truyền sóng âm. 
 Xây ựng được mô hình kênh truyền âm với áp ụng đặc thù của vùng nước 
nông cụ thể tại iển iệt am, ằng nguồn cơ sở ữ liệu, các tham số thực, để mô 
hình hóa vùng hoạt động của sonar thụ động. 
 Xác định mô hình hệ thống sonar thụ động hoạt động trong vùng iển đặc thù 
24 
đã xây ựng. Đánh giá mô hình ằng các đề xuất giải quyết ài toán với các yêu 
cầu cụ thể, áp ụng phương pháp MFP th o xu hướng nghiên cứu mới đang phát 
triển. 
 uận án đã đề xuất được thuật toán giải quyết vấn đề định vị được nguồn âm 
mục tiêu sát với thực tế là ải rộng trong miền tần số cần quan tâm, cũng như xử 
lý thích nghi th o độ sâu và các nhiễu đại iện có trong môi trường quan sát. 
 ết quả lý thuyết của luận án đã được mô ph ng kiểm chứng ằng các ữ 
liệu của khảo sát thực tế, kết quả mô ph ng cho thấy tính đúng đắn của các giải 
pháp đề xuất và tính ứng ụng cao trong điều kiện thực tế của vùng iển iệt 
 am đặc trưng. 
 Các nội ung nghiên cứu và kết quả chính của luận án cũng đã được công ố 
trên các bài áo và áo cáo khoa học. 
 ết quả khảo sát đánh giá là những công ố th o hướng luận án đề xuất, 
không trùng lặp, với nguồn cơ sở ữ liệu của những khảo sát trong điều kiện thực 
tế. Thuật toán được mô ph ng và có kết quả đánh giá ứng ụng của nó. 
2. Đóng góp mới của luận án 
 Đã nghiên cứu tổng hợp và phân tích đánh giá các tham số thủy âm một vùng 
nước nông điển hình của vùng iển iệt am, nghiên cứu sự làm việc của sonar 
thụ động về định vị mục tiêu ngầm phù hợp với điều kiện thủy âm của khu vực ự 
kiến đề xuất triển khai; 
 Đề xuất thuật toán CC-A-BB-MFP mới áp dụng cho mô hình hệ thống sonar 
thụ động, để định vị mục tiêu ngầm là nguồn âm dải rộng, mức âm nh , làm việc 
trong vùng iển nông cụ thể của iệt am được mô hình hóa với môi trường 
truyền âm có nhiễu. 
 Đã mô ph ng đánh giá thuật toán CC-A-BB-MFP định vị mục tiêu ngầm 
có mức nguồn âm nh , với một số loại nhiễu iển đặc trưng trong vùng iển 
nước nông điển hình iệt am, làm cơ sở để khảo nghiệm đánh giá khi ự kiến 
triển khai sonar thụ động. 
 Kết quả nhận được trong luận án này sẽ hướng tới các điều kiện thủy văn, 
thủy âm thực tế đối với vùng biển nước nông của Việt Nam, nhằm nâng cao tính 
hiệu quả của sonar thụ động ở chế độ định vị nguồn âm mục tiêu ngầm. 
3. Hướng phát triển của luận án 
 Bài toán định vị của sonar luôn đặt ra các yêu cầu về chất lượng của mục tiêu 
quan sát định vị được. ết quả của nghiên cứu là thuật toán định vị đã được tiếp 
cận xây ựng th o phương pháp phối hợp với môi trường lan truyền sóng th o 
hướng thích nghi. ướng phát triển của luận án rất cần thiết việc nghiên cứu 
chuyên sâu để có ộ các tham số môi trường một cách đầy đủ, chính xác của vùng 
 iển sonar hoạt động, việc làm này hết sức quan trọng và luôn được cần được phối 
hợp liên ngành về iển đầu tư triển khai. 
25 
 D NH MỤ NG TR NH KHO HỌ ĐÃ NG BỐ 
1. Trịnh Đăng hánh, guyễn Xuân ong, ê hân Quý (2013), Đo tạp âm và 
tiếng ồn của phương tiện hoạt động ưới nước. Học viện K thuật quân sự 
ISSN-1859-0209, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, số 158/12-2013, tr. 34-41. 
2. Trịnh Đăng hánh, guyễn Xuân ong, oàng Mạnh Đạt, Lâm Viết Huy 
(2014), Mô ph ng tiếng ồn phát ra từ các mục tiêu ưới nước. Học viện K 
thuật quân sự ISSN-1859-0209, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, số 159/2-2014, 
tr. 55-64. 
3. Trần Phú Ninh, Trịnh Đăng hánh, Nguyễn Xuân Long (2015), Mô hình toán 
học và mô ph ng quá trình truyền âm trong điều kiện môi trường phức tạp. 
Trung tâm hợp tác KHKT Việt - Đức, H i th ịnh vị trên biển, 
11-2015, tr 61-68. 
4. Trịnh Đăng hánh, guyễn Xuân Long, Trần Phú Ninh (2016), Nghiên cứu 
đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến sai số định vị mục tiêu ngầm trong vùng biển 
nước nông. Viện Khoa học & Công nghệ quân sự ISSN-1859-1043, Tạp chí 
nghiên cứu KH&CN quân sự, số 43/06-2016, tr 84-93. 
5. Trịnh Đăng hánh, guyễn Xuân Long, Trần Phú Ninh, âm iết uy (2016), 
Phương pháp xử lý trường phối hợp dải rộng định vị mục tiêu ngầm trong vùng 
biển nước nông. Học viện K thuật quân sự ISSN-1859-0209, Tạp chí Khoa học 
và Kỹ thuật, số 180/10-2016, tr 55-65. 
6. Trịnh Đăng hánh, guyễn Xuân ong, Trần Phú inh, âm iết uy (2016), 
 ghiên cứu ài toán định vị mục tiêu ngầm sử ụng thuật toán xử lý trường 
phối hợp ải rộng, thích nghi tương quan. Học viện K thuật quân sự ISSN-
1859-0209, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, số 180/10-2016, tr 66-73. 
7. Trần Phú Ninh, Trịnh Đăng hánh, guyễn Xuân Long (2016), Nghiên cứu 
thuật toán định vị mục tiêu ngầm sử dụng mạng Hydrophone trong vùng biển 
nước nông Việt Nam. Trung tâm hợp tác KHKT Việt - Đức. H i th o thông tin 
 ịnh vị trên biển, 10-2016, tr 7-11.