بررسی و مقایسه پاسخ‌دهی صوتی و قابلیت شناسایی آرایه‌های هیدروفونی هم‌مرکز و مربعی در فرکانس‌های سوناری مبتنی بر الگوریتم‌های MVDR و DAS در نرم‌افزار متلب

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1016-ISAV2025 (R1)
نویسندگان
1فارغ التحصیل کارشناسی ارشد
2دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تفرش
چکیده
آرایه‌های هیدروفونی به‌عنوان یکی از ابزارهای کلیدی در سامانه‌های سونار و پردازش سیگنال‌های صوتی زیرآب، نقش مهمی در افزایش دقت شناسایی و بهبود پاسخ‌دهی صوتی ایفا می‌کنند. طراحی هندسی این آرایه‌ها، به‌ویژه شکل هم‌مرکز و مربعی، تأثیر مستقیمی بر قابلیت تشخیص منبع صوتی، جهت‌یابی و کاهش نویز محیطی دارد. در این پژوهش، به بررسی و مقایسه عملکرد دو ساختار هندسی آرایه‌های هیدروفونی هم‌مرکز و مربعی پرداخته شده است. هدف اصلی، تحلیل میزان پاسخ‌دهی صوتی و ارزیابی قابلیت شناسایی این آرایه‌ها در فرکانس‌های کاری سوناری است. برای تحلیل دقیق‌تر، از دو الگوریتم پرکاربرد در پردازش آرایه‌ای، یعنی الگوریتم‌های DAS و MVDRاستفاده شده است. الگوریتم DAS به‌عنوان روشی کلاسیک و ساده، امکان جمع‌کردن سیگنال‌ها با تأخیر مناسب را فراهم می‌کند؛ در حالی‌که الگوریتم MVDR با حداقل‌سازی توان نویز و تداخل، توانایی بالاتری در جداسازی سیگنال‌ها و افزایش نسبت سیگنال به نویز دارد. مقایسه نتایج این دو روش بر روی آرایه‌های هم‌مرکز و مربعی، نقاط قوت و ضعف هر ترکیب را در شرایط مختلف فرکانسی نمایان می‌سازد. پیاده‌سازی و شبیه‌سازی‌های انجام‌شده در محیط نرم‌افزار MATLAB صورت گرفته است که امکان مدل‌سازی دقیق آرایه‌ها، اعمال الگوریتم‌ها و تحلیل نتایج را فراهم ساخته است. یافته‌های به‌دست‌آمده می‌تواند در بهینه‌سازی طراحی آرایه‌های هیدروفونی برای کاربردهای عملی سونار، نظارت زیست‌محیطی و ارتباطات زیرآبی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه ها
 
Title
Investigation and comparison of acoustic response and identification capability of concentric and square hydrophone arrays at sonar frequencies based on MVDR and DAS algorithms in MATLAB software
Authors
Abstract
Hydrophone arrays, as one of the key tools in sonar systems and underwater acoustic signal processing, play an important role in increasing the accuracy of detection and improving acoustic response. The geometric design of these arrays, especially the concentric and square shape, has a direct impact on the ability to detect the sound source, orientate, and reduce environmental noise. In this study, the performance of two geometric structures of concentric and square hydrophone arrays has been investigated and compared. The main goal is to analyze the acoustic response rate and evaluate the ability to detect these arrays at sonar operating frequencies. For a more detailed analysis, two widely used algorithms in array processing, namely the delay and sum algorithms and the minimum response variance without distortion, have been used. The DAS algorithm, as a classic and simple method, allows the signals to be collected with an appropriate delay; While the MVDR algorithm has a higher ability to separate signals and increase the signal-to-noise ratio by minimizing noise power and interference. Comparing the results of these two methods on concentric and square arrays reveals the strengths and weaknesses of each combination in different frequency conditions. The implementation and simulations have been carried out in the MATLAB software environment, which has enabled accurate modeling of the arrays, application of algorithms and analysis of the results. The findings obtained can be used in optimizing the design of hydrophone arrays for practical sonar applications, environmental monitoring and underwater communications.
Keywords
Hydrophone array, acoustic response, identification capability, sonar