Амплитудно-частотное смещение, влияющее на точность измерений лага скорости

Целью работы является разработка математической модели для исследования влияния амплитудно-частотного смещения на коэффициент поглощения при использовании лагов скорости с Доплеровским эффектом, различных параметров, таких как размер апертуры, коэффициент поглощения, высота и угол направленности.

Методы. В данной работе были использованы методы для моделирования смещения амплитудно-частотного сигнала с эффектом Допплера: 1) метод анализа спектра сигналов: используется для изучения частотных характеристик сигналов, включая определение частоты, амплитуды и других параметров; 2) метод численного моделирования: включает в себя использование численных алгоритмов и компьютерных программ например Matlab/Simulink, для моделирования физических явлений, связанных с эффектом Доплера и поглощением; 3) метод обработки сигналов во временной и частотной областях: включает в себя различные техники фильтрации, декомпозиции сигналов и анализа их характеристик во времени и частоте, помогают выявить особенности сигналов; 4) метод математического моделирования: включает в себя разработку математических моделей, описывающих движение объектов и их взаимодействие с окружающей средой.

Результаты. В ходе исследования была разработана математическая модель которая исследует влияние различных параметров на амплитудно-частотное смещение в активной акустической системе. Моделирование показало, как размер апертуры, угол наклона, коэффициента поглощения и донное отдаление имеют значительное влияние, а также выявило линейную зависимость между коэффициентами ошибок влияющих на смещение.

Заключение. Исследования показали, что амплитудно-частотное смещение оказывает значительное влияние на точность измерений в системе Доплеровского лага. Фазированные массивные приборы демонстрировали преимущества в рамках длительной точности. Сравнение амплитудно-частотного смещения с экспериментальными данными выявило хорошее согласие, что подтверждает адекватность разработанной модели. Однако требуется дополнительное моделирование для проверки влияния других источников ошибок, таких как территориальное, связь боковых лепестков, выравнивание луча и др., и более подробного изучения влияния крена на точность измерений.

1. Гидроакустические навигационные средства / В.И. Бородин, Г.Е. Смирнов [и др.]. Л.: Судостроение, 1983. 262 с.

2. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. СПб.: Наука, 2004.

3. Гусев В.Г. Системы пространственно-временной обработки гидроакустической информации. Л.: Судостроение, 1988.

4. Коняев К.В. Спектральный анализ случайных океанологических полей. Л.: Гидрометеоиздат, 1981.

5. Полканов К.И., Лоскутова Г.В., Попова О.С. Программный макет перспективного гидроакустического лага // Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики: труды IX Всероссийской конференции. СПб.: Наука, 2008.

6. Полканов К.И., Лоскутова Г.В. Пространственно-частотные и частотно- волновые методы описания и обработки гидроакустических полей. СПб.: Наука, 2007.

7. Кенни А., Лопез Г. Доплеровский гидролокатор: достижения и расширенные области применения // Океан. MTS/IEEE Использование энергии океана, 2012.

8. Кинси Дж. К., Юстис Р., Уиткомб Л. Л. Обзор навигации подводных аппаратов:

9. последние достижения и новые вызовы // Конференция IFAC по маневрированию и управлению морскими судами. 2006. Т. 88. С. 1-12.

10. Безмен П.А. Исследование работы расширенного фильтра Калмана, дополненного адаптивным цифровым фильтром, для комплексирования данных системы управления мобильным роботом // Известия Юго-Западного государственного университета. 2020; 24(1):68-89. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2020-24-1-68-89.

11. Калман Р.Е., Бьюси Р.С. Новые результаты в линейной фильтрации и теории предсказания // Труды американского общества инжененров- механиков, сер. Д. 1961. Т. 83. №. 1. С. 123-142.

12. Челпанов И.Б. Оптимальная обработка сигналов в навигационных системах. М.: Наука, 1967.

13. Шахтарин Б.И. Фильтры Винера и Калмана. М., 2016. 396 с.

14. Андреева Л.П., Агеев Е.В. Применение метода акустической эмиссии для контроля образования микротрещины в точечном тонколистовом сварном соединении // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016;20(2):8-14.

15. Папулис A., Пиллай С. У. Вероятность, случайные переменные и стохастические процессы. 4-е изд. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 2002.

16. Давыдов М.Н., Липатова А.П., Ткаченко Ю.С. Способы оценки реальных размеров дефектов на основе длин их фронтальных образов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2019; 23(2):18-28. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-2-18-28

17. Виноградов К.А., Кошкарёв В.Н. Абсолютные и относительные лаги: справочник. Л.: Судостроение, 1990.

18. Пасси Г.С. Технология фазированных решеток – современная реализация передовых решений в области УЗК, накопленных в прошлом веке // В мире неразрушающего контроля. 2009. No 2 (44). С. 56–64.

19. Пинкель Р. О стимулировании качества данных доплеровского гидролокатора // Доклады IEEE, 2-я рабочая конференция по текущим измерениям. 1982. С. 113-116.

20. Мустье К., Вендельбоэ Г. Угловая зависимость высокочастотного обратного акустического рассеяния морского дна (200-400 kHz) // Академия акустических наук. 2011. Т. 130. № 4.

21. Франсуа Р. Е., Гаррисон Г. Р. Поглощение звука на основе океанических измерений. Часть I: Чистая вода и вклад сульфата магния // Журнал Акустического общества Америки. 1982. Т. 72. № 3. C. 896-907.