Detekcija VF signala u moru

1. Detekcija VF signala u moru Slučajni procesi u sustavima ZESOI, FER 2005 Hrvoje Kopjar Bojan Stanković Boris Vujičić Matija Zajc

2. Uvod • Problem detekcije u podvodnoj akustici • razni izvori smetnji koji su prirodno prisutni u moru • artificijelno generirani izvori šuma • omjer „pozadinskog“ šum veći od signala kojeg želimo detektirati • detekcija željenog signala filtriranje

3. definirati izvore smetnji definirati model prikaz rezultata simulacije simulacija Ciljevi

4. Izvori smetnji • Realni šum • električni • akustični (ambijentalni)

5. Ambijentalni šum • prirodni • umjetni • prirodni • seizmičke aktivnosti, vjetar, termička aktivnost, zvukovi koji potječu od različitih ribljih i životinjskih vrsta • umjetni šumovi nastali ljudskom djelatnošću • plovila, bušotine, podmornice i sl. • određuje donju granicu intenziteta korisnih akustičnih signala u podmorskom akustičnom sistemu • obuhvaća šum koji nije lako eliminirati

6. Izvori smetnji • niske frekvencije – Distant shipping, tipično 85dB, snaga spektar opada eksponencijalno s frekvencijom i udaljenošću • srednje frekvencije • Wind-related noise, korelacija šuma, snage vjetra i stanja mora, maksimum oko 50KHz – 40dB, porast s brzinom vjetra, opada linearno s frekvencijom (log. skala) • visoke frekvencije • dominantan tzv. Thermal noise, usljed termičkog gibanja molekula vode, raste s 6dB po oktavi

7. Teorija uz rješavanje problema • Prijenosna funkcija prilagođenog filtra: • Filtar prilagođen za bijeli šum: • Konstanta K nepozanica - normiranje amplitude

8. Teorija uz rješavanje problema • Spektar snage – kontinuirani slučaj: • Spektar snage – diskretan slučaj: • Korištena diskretna Fourierova transformacija, fft

9. Pretpostavke • u promatranome frekventnom području šum se smatra konstantnim te je aproksimiran bijelim šumom (prestanak dominacije šuma valova, početak termionskog šuma ~ 20dB) • signal koji želimo detektirati znamo • poznat nam je spektar • izvor signala je unutar mjerljivih granica - nije “predaleko” (SN faktor)

10. Hidrofon sustav za detekciju x(t)+n(t) Prilagođeni filtar Spektralna analiza Funkcije za određivanje dominantnih frekvencija peak1 peak2 peak3 x’(t) fft... freq1, freq2, freq3 Rezultat detekcije Model – blok shema

11. Simulacija šuma • šum smatramo konstantnim na frekvencijama koje sadrži korisni signal - simuliramo ga bijelim šumom • n = 10*rand(1,length(t)) • amplituda 10 odgovara intenzitetu gustoće spektra snage šuma od 20dB na freq1, freq2, freq3 sa krivulje intenziteta • Mirno more bez ili sa slabim vjetrom (koeficijenti 0 i 1) • Simulacija šuma funkcijom koja progresivno raste

12. Simulacija signala • ulazni signal je poznat • Za potrebe simulacije odabran je signal sa 3 karakteristične frekvencije • freq1 = 70 KHz • freq2 = 83 KHz • freq3 = 90 KHz • x=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t)+sin(2*pi*f3*t) • ptp. analiziramo šum (signal) dobiven pomoću hidrofona • nx(signal+šum)=n(ambijent. šum)+x(signal)

13. Rezultati simulacija

16. Literetura • William S. Burdic “Underwater acoustic system analysis” • Životije Lazarević: “Tehnička hidroakustika” • Tomislav Petković, Damir Seršić: Skripta za Laboratorijske vježbe, FER ZESOI, Zagreb 2005

17. Hvala na pažnji !