Sprawozdanie z pracy projektowej

1. Cel projektu

Celem projektu było zbadanie wpływu środowiska na warunki detekcji sygnału i określenie zasięgu zaprojektowanego systemu hydroakustycznego.

2. Parametry projektowe (założenia)

Założono, że zaprojektowany system będzie badany przy nadawaniu sygnału sinusoidalnego z obwiednią prostokątną. Okno prostokątne wycina z całego sygnału sinusoidę w stosunku 1/3 (rys.1.) Dla wspomnianego sygnału nadawanego przyjęto amplitudę równą 1, częstotliwość równą 1024 Hz oraz zerową wartość przesunięcia fazowego.

Odgórnie założono częstotliwość próbkowania
Hz oraz czas obserwacji sygnału wynoszący
s. Z tych dwóch parametrów wynika bezpośrednio liczba próbek
. Odgórnie założono również wartości kilku parametrów systemu: moc nadajnika Pt przyjęto jako 20 dB, jego sprawność ni przyjęto na poziomie 85%, wskaźniki kierunkowości odbiornika i nadajnika (DInad, DIodb) są sobie równe i wynoszą 30 dB, założono również szum morza SPL na poziomie 40 dB oraz przybliżony współczynnik strat absorpcyjnych
, co odpowiada wodzie o temperaturze ok. 4
i częstotliwości nadawanego sygnału równej 1 kHz. Założono również, iż zasięg systemu badany będzie w zakresie nie przekraczającym 1000000 m.

Założono, że w kanale transmisyjnym, w którym biegnie nadawany sygnał, dodaje się do niego szum o rozkładzie normalnym. Po dodaniu szumu sygnał przepuszczany jest przez filtr przeddetekcyjny, będący filtrem Butterworth'a 4-go rzędu.

Rys. 1. Nadawany sygnał sinusoidalny z oknem prostokątnym

3. Wyniki projektowe

3.1 Zestawienie wyników

Nadawany sygnał, który przedstawiony już został na rys.1. podlega w kanale transmisyjnym tłumieniu absorpcyjnemu, w wyniku czego maleje jego amplituda, a co za tym idzie ograniczony zostaje zasięg systemu. Poniżej zamieszczono dwa rysunki, pierwszy z nich przedstawia graficznie zasięg systemu wraz z naniesionymi wartościami progu detekcji i poziomu szumów (Rys.2.), drugi rysunek stanowi zobrazowanie przebiegu sygnału odebranego w odbiorniku (Rys.3.):

Rys.2. Graficzna interpretacja zasięgu systemu.

Rys.3. Przebieg czasowy sygnału w odbiorniku

Towarzyszące powyższym przebiegom dane liczbowe, otrzymane w wyniku obliczeń wynoszą: Próg detekcji DT = 17.918 dB, poziom źródła SL = 213.3 dB, poziom szumów NL = 24.771 dB, zasięg systemu dla rozpatrywanego sygnału i warunków propagacji wynosi zaś 1754 m.

3.2 Dyskusja otrzymanych wyników i wnioski

Z powyższych wykresów i danych widać wyraźnie duży spadek amplitudy nadawanego sygnału na granicy zasięgu, który wynosi 1E-9, co nasuwa refleksję czy bylibyśmy w stanie dostatecznie wzmocnić odebrany sygnał. Warto również zauważyć fakt iż w przypadku gdyby projektowany system był sonarem aktywnym musiałby jeszcze odebrać sygnał, który wracając miałby do pokonania taką sama drogę, poza tym w projekcie nie uwzględniono niektórych zjawisk jak odbicie czy rewerberacje, bądź też zmieniający się stan morza. Te wszystkie przesłanki pozwalają przypuszczać, że w realnym środowisku zasięg systemu byłby wydatnie mniejszy.

Sprawdzono wpływ zmiany parametrów sygnału i systemu na jego zasięg. I tak zwiększenie mocy nadajnika czterokrotnie nie wpłynęło wydatnie na zwiększenie zasięgu, powodując jego wzrost o niecałe 100m, podobnie podniesienie sprawności nadajnika do nierealnej nawet wartości 99% praktycznie nie ma wpływu na jego zasięg. Dość znaczący wpływ na wzrost zasięgu systemu ma natomiast zwiększenie wskaźników kierunkowości nadajnika i odbiornika, podobny wpływ ma zmniejszenie poziomu SPL, który jednak zależy od środowiska, tj. od głębokości, na której pracuje system oraz od temperatury i zasolenia wody, czym oczywiście nie możemy sterować.

4. Podstawa teoretyczna

Na podstawie zdefiniowanych we wstępie parametrów możliwe było wyznaczenie następujących wielkości:

Gdzie:

EF - logarytmiczna miara sprawności nadajnika [dB]

SWL - poziom mocy w odniesieniu do 1W [dB]

SL - poziom źródła [dB]

NL - poziom szumów [dB]

TL - straty transmisyjne [dB]

DT - próg detekcji [dB]

PL - poziom sygnału [dB]

Zasięg systemu został wyznaczony na podstawie zerowania się różnicy poziomu sygnału oraz zsumowanych poziomu szumów i progu detekcji. Innymi słowy jako zasięg systemu przyjmujemy odległość r od nadajnika, w której poziom sygnału osiągnie wartość równą sumie progu detekcji i poziomu szumów.

5. Obliczenia

Właściwie wszystkie dokonywane w programie obliczenia podsumowuje poprzedni punkt, w którym pokazano jak wyznaczane są poszczególne parametry opisujące badany system hydroakustyczny.

6. Wykresy ilustrujące obliczenia

Rys.4. Graficzna interpretacja zasięgu.

Grzegorz Barnik PHA - badanie zasięgu systemu hydroakustycznego ISD sem.7 Wydział ETiI, PG

ISD_GB_zas_v1_2007_01_09 1 / 4 2007-01-09 22:43:00

---