SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

Download Report

Transcript SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

ROMAN SALAMON KATEDRA SYTEMÓW ELEKTRONIKI MORSKIEJ Pokój 749 tel. 347-17-17 e-mail.: [email protected]

Konsultacje: codziennie od 12-16 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 1

SPRAWY ORGANIZACYJNE

Układ przedmiotu: • Wykład - 2 godz.

• Laboratorium terenowe - 1 godz.

Stacja Badań Hydroakustycznych Katedry Systemów Elektroniki Morskiej nad Jeziorem Wdzydze.

Dwudniowy wyjazd w grupach kilkunastoosobowych pod koniec maja.

Prowadzący: dr J. Marszal, dr K. Zachariasz SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 2

Stacja Badań Hydroakustycznych SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 3

Forma zaliczenia: • wykład - jedno lub dwa kolokwia • laboratorium obecność (obowiązkowa) – ocena dostateczna, sprawozdanie (nieobowiązkowe) – lepsza ocena.

Ocena łączna: 65% - wykład, 35% laboratorium Materiały pomocnicze: • Program wykładu i laboratorium – tablica ogłoszeń KSEM, 7 piętro • Literatura - tamże SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 4

Ogólna zasada pracy systemów echolokacyjnych.

Definicja systemu telekomunikacyjnego Systemem telekomunikacyjnym nazywamy system służący do przekazywania informacji na odległość przy użyciu sygnałów .

Definicja systemu echolokacyjnego System echolokacyjny jest systemem (telekomunikacyjnym) służącym do pozyskiwania informacji o środowisku i znajdujących się w nim oddalonych obiektach przy użyciu sygnałów echa . SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 5

Zasada pracy systemu echolokacyjnego

sygnał echa - odbity sygnał sondujący SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 6

Ogólna struktura sytemu telekomunikacyjnego i echolokacyjnego

SYSTEM TELEKOMUNIKACYJNY

NADAJNIK

ŹRÓDŁO INFORMACJI

KANAŁ ODBIORNIK

SYSTEM ECHOLOKACYJNY ODBIORCA INFORMACJI

NADAJNIK KANAŁ

sygnał sondujący

ODBIORNIK

ODBIORCA INFORMACJI

sygnał echa

ŹRÓDŁO INFORMACJI SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 7

Podstawowe cechy systemów echolokacyjnych

• Informacja o obiekcie przyporządkowywana jest

sygnałowi echa

, które powstaje w wyniku odbicia

sondującego

od obiektu.

sygnału

• Nośnikiem sygnałów są zmodulowane fale elektromagnetyczne (w tym optyczne) lub akustyczne.

• W systemach echolokacyjnych stosuje się takie fale, które są najmniej tłumione w danym ośrodku (kanale). • Nośnikiem informacji jest wyłącznie sygnał echa.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 8

Przeznaczenie i klasyfikacja systemów echolokacyjnych

Przeznaczenie – główne zadania systemów echolokacyjnych • Wykrycie obiektu (celu) – detekcja .

• Określenie położenia obiektu – lokalizacja .

• Określenie parametrów celu (wielkości, prędkości) – estymacja parametrów .

• Klasyfikacja i identyfikacja obiektu.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 9

Klasyfikacja systemów echolokacyjnych

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

AKTYWNE, PASYWNE ELKTROMAGNETYCZNE AKUSTYCZNE RADIOLOKACYJNE OTYCZNE HYDROAKUSTYCZNE AEROAKUSTYCZNE DIAGNOSTYCZNE SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 10

KLASYFIKACJA ZE WZGLĘDU NA PRZEZNACZENIE

RADIOLOKACYJNE HYDROAKUSTYCZNE DIAGNOSTYCZNE •RADARY LOTNICZE • RADARY MORSKIE •ECHOSONDY •SONARY •MEDYCZNE •BADANIA NIENISZCZĄCE AEROAKUSTYCZNE •SODARY •SYSTEMY ALARMOWE SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 11

Przykład klasyfikacji systemów hydrolokacyjnych

 według rozwiązań technicznych  echosondy: jednowiązkowe, wielowiązkowe;  sonary: jednowiązkowe, wielowiązkowe: • czołowe (sektorowe), • okrężne, • boczne,  podkilowe,  opuszczane,  holowane,  stacjonarne .

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 12

Porównanie fal elektromagnetycznych i akustycznych w wodzie

Fale elektromagnetyczne : Prędkość propagacji c=300 000 km/s Tłumienie 10 4 dB/m – (  =0.1 m), Fale akustyczne Prędkość propagacji c=1.5 km/s Tłumienie 1dB/km – (  =0.1 m) •200 000 razy krótsza fala przy tej samej częstotliwości, • 10 7 razy mniejsze tłumienie przy tej samej długości fali SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 13

Metody określania położenia celu

•Systemy aktywne: namiar (kąt), odległość •Systemy pasywne: dwa namiary, znana baza R   1  2 BAZA SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 14

Metody przeszukiwania przestrzeni

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 15

Schemat funkcjonalny systemu echolokacyjnego

Zobrazowanie

wiązka nadawcza

Nadajnik

zakłócenia

Odbiornik

szumy wiązka odbiorcza

KANAŁ SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 16

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

Zobrazowanie

17

radarowa

Anteny

sonarowa SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 18

Konsole systemów echolokacyjnych na okręcie

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 19

Podstawowe parametry eksploatacyjne systemów echolokacyjnych

• Zasięg • Dokładność pomiaru odległości • Dokładność określenia namiaru • Rozdzielczość wgłębna (odległości) • Rozdzielczość kątowa • Sektor kątowy obserwacji • Czas przeszukiwania SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 20

Zasięg

Zasięgiem systemu nazywamy maksymalną od ległość, z której system wykrywa z założonym prawdopodobieństwem określony cel w istnieją cych warunkach propagacyjnych .

Zasięg zależy od: • parametrów technicznych systemu, • parametrów wykrywanego obiektu (siły celu), • warunków propagacji fal w ośrodku, • prawdopodobieństwa detekcji i fałszywego alarmu.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 21

Dokładność pomiaru odległości

Pomiar odległości

R R

cT 2

c – prędkość fali w ośrodku, [m/s] T – czas między momentem emisji impulsu sondującego i momentem odbioru sygnału echa Impuls sondujący Impuls echa próg t T SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 22

Błąd pomiaru odległości 

R

 

c

T

 

T

c

 c – błąd określenia prędkości fali  T – błąd pomiaru czasu Przyczyny błędów: • dynamiczne i lokalne zmiany prędkości w ośrodku, • rozchodzenie się fal po liniach krzywych • niejednoznaczność w ocenie momentu przyjścia impulsu echa SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 23

Dokładność określenia namiaru

Dokładność określenia namiaru zależy przede wszystkim od szerokości charakterystyki kierunkowej; jest tym lepsza im charakterystyka kierunkowa (wiązka) jest węższa.

 -3dB -3dB SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 24

Szerokości wiązki w dwóch przekrojach

oś wiązki antena  -3dB  -3dB SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 25

Rozdzielczość wgłębna

Rozdzielczością wgłębną nazywamy najmniejszą odległość celów (punktowych) obserwowanych pod tym samym kątem, przy której sygnały echa są rozróżnialne.

R

c

2

Ujęcie podstawowe:  - efektywny czas trwania impulsu echa na wyjściu odbiornika SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 26

Ilustracja

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 27

Rozdzielczość kątowa

Rozdzielczością kątową nazywamy najmniejszy kąt między celami punktowymi, przy którym na wyjściu odbiornika możemy rozróżnić dwa oddzielne echa .

 o = n  -3dB /2 2 1.8

1.6

1.4

1.2

1 0.8

0.6

0.4

0.2

0 -80 -60 2 1 -40 -20 0 kąt odchylenia 20 3 4 40 60 80 Jednakowa faza sygnałów echa SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 28

1.4

1.2

1 0.8

0.6

1 2 3 4 0.4

0.2

0 -80 -60 -40 -20 0 20 kąt odchylenia wiązki 40 60 Fazy sygnałów echa przesunięte o  /2 80 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 29

1.4

1.2

1 0.8

0.6

0.4

0.2

1 2 3 4 0 -80 -60 -40 -20 0 20 kąt odchylenia wiązki 40 Fazy sygnałów echa przesunięte o  60 80 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 30

Czas przeszukiwania sektora obserwacji

t p

2 R z c

 

3 dB

  

sdB

  Przeszukiwanie pełnej przestrzeni

t p

2 R z c 360

3 dB 180

 

sdB

R z c 129600

3 dB

 

sdB

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 31

Sygnały echolokacyjne

W aktywnych systemach echolokacyjnych stosuje się: • sygnały wąskopasmowe – sygnały sinusoidalne o obwiedni prostokątnej lub podobnej, • sygnały szerokopasmowe – sygnały z modulacją bądź kluczowaniem częstotliwości, sygnały kodowe, pseudolosowe. • sygnały szerokopasmowe – sygnały sinusoidalne o bardzo krótkim czasie trwania.

W systemach pasywnych odbierane są: • sygnały wąskopasmowe, • sygnały szerokopasmowe, losowe.

Zasadnicza różnica między systemami aktywnymi i pasywnymi polega na tym, że sygnały w systemach aktywnych są znane, a w systemach pasywnych – nieznane .

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 32

Sygnał sinusoidalny o obwiedni prostokątnej Ogólny zapis sygnału wąskopasmowego

s ( t )

A ( t ) cos(

0 t

 

0 )

Widmo sygnału

S ( j

)

1 2

A ( j

)

 

{cos(

0 t

 

0 )}

  

1 1 2 2

 

A [ A ( j

j (

)

   

0 [

(

)] e j

0

 

0

A [ ) e j

0 j (

  

(

  

0

 

0 ) e

j

0 .

) e

j

0 ]

 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 33

A(j  )  {cos  0 t}  (  +  0 )  (   0 ) A[j(  +  o )] 2|S(j  )| A[j(   o )]   0 0  0   0 0  0  Sygnał o obwiedni prostokątnej s(t)  (t/  ) t

s ( t )

 

( t /

) cos(

0 t

 

0 )

 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 34

Widmo sygnału

S (

 

j j

S 2 0

 

S 0

2 )

sin( S 2

 

0

/

{ / 2 2

( ) e t

/

j

   

sin[( (

     

0 )

)

/ 0 )}

 

{sin

0 t / 2

j

[

(

}

  

/ 2 2 ] e

j (

  

0 )

/ 2 0

)

 

(

sin[( (

  

0 )]

    

0 )

)

/ 0

/ 2 2 ] e

j (

  

0 )

/ 2

   SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 35

Funkcja autokorelacji

Definicja funkcji korelacji::

r 12 (

)

    

s 1 ( t ) s * 2 ( t

 

) dt

Widmo funkcji autokorelacji 

{ r 11 (

)}

S ( j

) 2

Definicja funkcji autokorelacji

r 11 (

)

    

s 1 ( t ) s * 1 ( t

 

) dt

Energia sygnału

E

r 11 ( 0 )

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 36

Przykład SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 0 37

Wyznaczanie funkcji autokorelacji sygnału sinusoidalnego o obwiedni prostokątnej SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 38

Sygnał z liniową modulacją częstotliwości

s ( t )

S 0

( t /

) sin 2

  

f 0

 

f

 

t

     

t

 

0

0

d

dt

2

T

2

f c ( t )

 

c ( t ) f c ( t )

d dt

  

f 0

 

1

  

f f 0

t 2

 

t

       

f 0

 

f

( 2 t

 

)

f c  f t f 0   f SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 39

Widmo sygnału z liniową modulacją częstotliwości B=2  f B  >>1 Szerokość widma Widmo sygnału z liniową zmianą okresu SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 40

Funkcja autokorelacji sygnału z liniową modulacją częstotliwości B T=1/B SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 41

Próbkowanie sygnałów echolokacyjnych

Metody próbkowania: • próbkowanie bezpośrednie, • próbkowanie kwadraturowe, • próbkowanie bezpośrednie sygnałów dolnopasmowych po detekcji kwadraturowej .

Warunek dobrego próbkowania: Zachowanie w sygnale dyskretnym pełnej informacji o sygnale analogowym.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 42

Próbkowanie bezpośrednie Widmo sygnału dyskretnego 

{ s n ( t )}

1 2

 

{ s ( t )}

 

{ n

    

( t

nT s )} S n ( j

)

 

1 T s

 

n

 

S [ 1 2

S ( j

)

2

T s j (

 

n

s ) ] n

    

(

 

n

s )

s n ( t )

s ( t )

n

    

( t

nT s )

n

   

s ( nT s )

( t

nT s )

Widmo sygnału dyskretnego jest okresowe SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 43

Widmo sygnału po próbkowaniu analogowego sygnału o ograniczonym widmie S(j  )

a

-2  s  s  M 0  S(j  ) M  s 2  s -2  s  s 0  s 2  s Widmo sygnału po próbkowaniu analogowego sygnału o nieograniczonym widmie Twierdzenie Nyquista

T s

1 2 f M

 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 

b

44

Próbkowanie kwadraturowe sygnałów wąskopasmowych Warunek stosowania próbkowania kwadraturowego: znajomość częstotliwości nośnej sygnału wąskopasmowego

sˆ n ( t )

s

ˆ

n

(

t

)

cos

n

   

A (

A

(

t

) cos(  0

t nmT 0 )

 

( t

   )

nmT 0 )

 

n

    

j

(

t

nT s

)

sin

n

   

A [ T 0 (

j

nm

(

t

T

0 

1 / 4 )]

/ 4   

[ t nT s

) 

T 0 ( nm

1 / 4 )]

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 45

Widmo sygnału po próbkowaniu kwadraturowym Sygnał po próbkowaniu w zapisie zespolonym

ˆ s n ( t )

e

j

n

   

A ( nmT 0 )

 

( t

nmT 0 )

Widmo sygnału po próbkowaniu kwadraturowym

S n ( j

)

1 mT 0 e

j

n

   

A [ j (

 

n

s ) ]

kwadraturowego Okres próbkowania bezpośredniego

T s

mT 0

m f 0

1 2 f MA T s '

2 ( f 0 1

f MA )

Zysk

T s T s '



1

f 0 f MA

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 46

Zmiany fazy a próbkowanie kwadraturowe Sygnał ze zmienną fazą

s ( t )

A ( t ) cos[

0 t

 

( t )]

Sygnał po próbkowaniu kwadraturowym

sˆ n ( t )

n

   

e

j

( nmT 0 ) A ( nmT 0 )

 

( t

nmT 0 )

Liniowa zmiana fazy – efekt Dopplera 

c

d dt (

0 t

2

f D t

 

0 )

2

( f 0

f D )

Widmo

S n ( j

)

1 2

mT 0 n

    

{ e

j

( t ) }

A [ j (

 

n

s ) ]

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE Warunek: 

( t

T 0 / 4 )

 

( t )

47

Próbki sygnału sinusoidalnego z odchyłką dopplerowską SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 48

{ e j

D t e j

0 }

2

e j

0

(

  

D ) S ( j

)

( 1 / mT 0 ) A [ j (

  

D )] e j

0

Widmo sygnału sinusoidalnego o obwiedni prostokątnej z odchyłką dopplerowską SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 49

Efekt opóźnienia sygnału

s ( t

 

)

A ( t

 

) cos[

0 ( t

 

)

 

( t

 

)]

Opóźniony sygnał po próbkowaniu kwadraturowym

sˆ n ( t

 

)

e

j

0

n

   

e

j

( nmT 0

 

) A ( nmT 0

 

)

 

( t

nmT 0 )

Widmo sygnału opóźnionego

S ( j

)

1 mT 0 e

j

0

 

{ e

j

( t ) A ( t )} Zależność przybliżona S ( j

)

1 mT 0 e

j (

0

 

)

 

{ e

j

( t ) A ( t )}

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

Zależność dokładniejsza

50

Błędy fazy próbkowania kwadraturowego przy szybkich zmianach fazy Faza sygnału spróbkowanego kwadraturowo, opóźnionego sygnału z modulacją częstotliwości: a- uproszczenie wąskopasmowe, b - bez uproszczenia wąskopasmowego.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 51

Cztery razy węższe widmo przy tym samym czasie trwania impulsu.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 52

Próbkowanie jako przemiana częstotliwości

s n ( t )

A ( t ) cos(

0 t

 

)

n

    

( t

nT s )

Widmo

S n ( j

)

S ( j

)

1 T s n

    

(

 

n

s )

 

{ A [ j (

  

0 )] e j

 

A [ j (

  

0 )] e

j

}

1 2 T s n

    

(

 

n

s ) S n ( j

)

1 2 T s e j

n

   

A [ j (

  

0

n

s )]

1 2 T s e

j

n

   

A [ j (

  

0

n

s )]

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 53

|S(f)| B -f 0 0 -f 0 +3f s f 0 -2f s f 0 -f s f 0 f 0 -4f s Warunki niezachodzenia widma

f s

4 4 N f 0

1 N

2 f 0 / B

1 4

Przykład z rysunku:

f 0

=45 kHz,

B

=8kHz,

N

 2.56. Obieramy zatem

N

=2 i obliczamy

f s

=(4/9)

f 0

=20 kHz. SYSTEMY ECHOLOKACYJNE f 54

Fale akustyczne

Falą akustyczną nazywamy zachodzące w czasie i w przestrzeni zmiany stanu równowagi ośrodka sprężystego .

Cechy ośrodka warunkujące rozchodzenie się fal akustycznych to: bezwładność i sprężystość . Fale akustyczne opisują: - ciśnienie akustyczne [Pa]

p

p( r

,t)

- prędkość akustyczna [m/s]

v

  

v

- potencjał akustyczny [m 2 /s]

v

  

grad

 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 55

Podstawowe równania

Równanie ciągłości Równanie Eulera Równanie stanu Równanie falowe  

t

div

(  *

v

 )  0 

v

 

t

 

1

gradp p

 

p

  

c 0 2

 

2 p

t 2

c 0 2

2 p

 - gęstość [kg/m 3 ] SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 56

Fale płaskie, cylindryczne i sferyczne Fala płaska

p

 

c v

 

( x , t )

  

( c 0 t

x )

 

( x , t )

  

( c 0 t

x )

Charakterystyczna impedancja akustyczna Fala cylindryczna Fala sferyczna 

( r , t )

1 r f ( c 0 t

r )

( r , t )

1 r f ( c 0 t

r )

Natężenia fali akustycznej [W/m 2 ] Moc fali akustycznej [W]

I

 

p

P a

 

S

  

d S

 

S I

d S

 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 57

Fale sinusoidalne Fala płaska

p

 (

x

,

t

) 

p

0 sin[ 2 

f

0 (

t

x

/

c

0 )   ]

p

( x , t )

p 0 sin( 2

f 0 t

k 0 x

 

)

Liczba falowa Zapis zespolony

k 0 p ( r

, t

) 2

f 0

c o p 0 (

 

r 2

T 0 c 0 ) e

2

 

0 j (

t

  

k r

  

]

0 c 0

p 0 ( r

) e j (

t

 

) e

  

j k r

Równanie Helmholtza 

2 [ ˆ p ( r

)]

k 2 ˆ p ( r

)

0

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 58

Płaskie anteny hydroakustyczne

M r

S’’’

R

r

S’’ odgroda dS O S

’ Wzór Kirchhoffa

p (

R )

 

1 4

S



(

0 e jkr r

 

v

t

pgrad e jkr r ) d S

 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 59

p (

R )

 

4

1



S (

0 e jkr r

v n

t

p

 

n e jkr r ) dS

Wzór Rayleigha dla płaskich powierzchni promieniujących w nieskończonej, sztywnej odgrodzie.

p (

R )

  

0 2

 

S

v n

t e jkr dS r p (

R )

 

2 j

0 S



V n ( S ) e jkr r dS p (

R )

 

2 j

0 e jkr 0 r 0 S



V n ( S ) e jk

r dS

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 60

Pole bliskie i dalekie

a

M r 1 

R

r 2 dS 1 0 dS 2 X M 

b

 dS r 1 1 r 0 r 2 0  dS 2  r 2 X x SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 61

Y Y’ y’ y r M Z d x x’ X X’

r

( x '

x ) 2

( y '

y ) 2

d 2

Numeryczne wyznaczanie rozkładu ciśnienia w polu bliski.

P ( n , m )

AV n k K L

     

K l L exp[ 2

jr ( r ( n , m , k , l n , m , k , l ) )

/

0 ] r

( n

k ) 2

( m

n ) 2

( d /

) 2

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 62

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE W polu bliskim główna część promieniowanej mocy zawarta jest w graniastosłupie o przekroju w kształcie powierzchni promieniującej

Kwadratowa powierzchnia promieniująca o bokach

0 , 3

0 i 9

0 i stałej amplitudzie prędkości V n .

Granica pola bliskiego

d b

 

a 2 4

0 Kwadratowa powierzchnia promieniująca o bokach 2

0 , 4

0 i 5

0 i stałej amplitudzie prędkości V n .

63

Pole dalekie

x '

y '

z '

r 0 sin

r 0 r 0 sin

cos

cos

sin

 

r

( x

x ' ( x

x ' ) 2 ) 2

(

( y

y ' y

y ' ) 2 ) 2

z ' 2

r 0 2

z ' 2

r 0

r

 

x sin

cos

 

y sin

sin

 X Z M r o   y x V n (x,y) Y

p ( r 0 ,

,

)

 

2 j

0 e jkr 0 r 0



S V n ( x , y ) e

jkx sin

cos

e

jky sin

sin

dxdy

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 64

Charakterystyka kierunkowa

Definicja

b (

,

)

p ( r 0 ,

,

) p ( r 0 , 0 , 0 ) r 0

const

Ciśnienie na osi akustycznej anteny

p ( r 0 , 0 , 0 )

 

2 j

0 e jkr 0 r 0



S V n ( x , y ) dxdy

Wzór do wyznaczanie charakterystyki kierunkowej

b (

,

)

 

S V n ( x , y ) e

jkx sin

cos

e

jky sin

sin

dxdy S



V n ( x , y ) dxdy

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 65

Charakterystyka kierunkowa powierzchni prostokątnej o stałym rozkładzie prędkości drgań

b (

,

)

S 1 a

   

a b b e

jkx sin

cos

e

jky sin

sin

dxdy b (

,

)

sin( ka ka sin

sin

cos

cos

) sin( kb sin

kb sin

sin sin

 

)

l x =2a długość boku prostokąta l y =2b długość boku prostokąta SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 66

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE l x =2a=3  0 l y =2b=2  0.

67

Przekroje charakterystyki kierunkowej SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

b (

, 90 0 )

sin( 2 2

 

sin sin

 

) b (

, 0 0 )

sin( 3

3

sin sin

 

) b (

, 34 0 )

sin( 3

3

sin sin

 

cos 34 0 cos 34 0 ) sin( 2

2

sin sin

 

sin 34 0 sin 34 0 )

68

Technika obliczania przekrojów charakterystyk kierunkowych Z=Z’

r

0

V n (x 1 ’) V n (x 1 ’,y’) x 1 ’   r  x’ V n (x’) Y X’ X Zmiana układu współrzędnych

x '

x cos

0

y sin

0

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

y '

 

x sin

0

y cos

0

69

Charakterystyka kierunkowa w obróconym układzie współrzędnych

b (

,

0 )

1 Q x '

 

y ' [ V n ( x ' , y ' ) dy ' ] e

jkx ' sin

dx '

Liniowy rozkład prędkości drgań

V n ' ( x ' )

 

y ' V n ( x ' , y ' ) dy '

Przekrój charakterystyki kierunkowej

b (

,

0 )

1 Q

x ' V n ' ( x ' ) e

jkx ' sin

dx '

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 70

Sposób wyznaczania rozkładu V’(x’) przy stałym rozkładzie prędkości Y V n ’(x’) V n ’(x’) Y X’’’ X’’ X X 0 V n ’(x’) X’=X X’=Y 0 0 V n ’(x’) X’=X’’ 0 X’=X’’’ SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 71

Charakterystyka kierunkowa powierzchni kołowej

dS

 

d

d

 

r

k

sin

cos

b (

)

1

a 2 0 2

a

 

0 e jk

sin

cos

 

d

d

b (

)

1

a 2 0

a J 0 ( k

sin

)

d

 

2 J 1 ( ka sin ka sin

 

)

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE Szerokość wiązki  

3 dB

2 arcsin( 0 .

27

0 a )

72

Zastosowanie przekształcenia Fouriera do wyznaczanie charakterystyk kierunkowych Podstawowy wzór do obliczania jednowymiarowej charakterystyki kierunkowej

b (

)

    

v ( x ) e

j 2

x

sin

dx

Normalizacja wymiaru

x

względem długości fali 

b (

)

    

v ( x

) e

j 2

x

sin

d

Nowe zmienne

u

x /

    

sin 2

  znormalizowana długość częstotliwość przestrzenna pulsacja przestrzenna SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 

1

  

1

2

   

2

 73

Przykłady zastosowania przekształcenia Fouriera do wyznaczania charakterystyk kierunkowych powierzchni płaskich Powierzchni prostokątna – V(x,y)=const

v ( u )

1 a

( u / a )

rozkład

b (

)

 

{ v ( u )}

sin(

  

a

a / / 2 2 )

Sa (

a / 2 )

Sa (



a ) b (

)

sin(

 

a a sin sin

 

)

sin(

 

l

x l

x sin sin

 

)

widmo przestrzenne charakterystyka kierunkowa SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 74

Widmo przestrzenne SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 75

Parametry charakterystyki kierunkowej 3-decybelowa szerokość wiązki Zera widma przestrzennego Maksima widma przestrzennego Poziom listków bocznych Liczba listków bocznych  

3 dB

2 arcsin 0 .

44 a

2 arcsin 0 .

44

l x

0 n

 

2

 

n a

Mn

  

a

( 2 n

1 ) b (

Mn )

2

Mn a

2

( 2 n

1 ) N b

2 a

1

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 76

Wykres logarytmiczny charakterystyki kierunkowej

b dB (

)

20 log | b (

) |

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 77

Charakterystyka kierunkowa dla rozkładu trójkątnego

u p

ab a 2

b 2

Długość podstawy trójkąta Rozkład trójkątny jako splot rozkładów prostokątnych

v ( u )

1 u 2 p

( u / 2 u p )

1 [ u p

( u / u p )]

[ 1 u p

( u / u p )]

Widmo przestrzenne

b (

)

 

{ 1 u p

( u / u p )}

 

{ 1 u p

( u / u p )}

   

sin(

  

u

p u p / / 2 2 )

  

2

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 78

Charakterystyka kierunkowa dla rozkładu trapezowego v(u) 1/(2u 0  u)

dv du

 u u u -u o  u 0 u o  u -u o  u 0 u o

v ( u )

1 2 u 0

u u

  

[

( u '

 

u u 0 )

 

( u '

u 0

u )] du ' b (

)

j 2

1

u 0

u [

{

( u

 

u u 0 )

 

{

( u

 

u u 0 )]

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE Rozkład drgań Widmo przestrzenne 79

Twierdzenie o przesunięciu

b (

)

j 2

1

u 0

u

{

( u

u )}( e j

 

u 0

e

j

 

u 0 )

Widmo przestrzenne- postać końcowa

b (

)

Sa (

  

u / 2 )

Sa (

 

u 0 )

Zależności trygonometryczne

u 0

a 2 cos

 

u

b sin

 Charakterystyka kierunkowa

b (

)

sin(

 

a a sin

sin

cos cos

 

) sin(

b sin

 

b sin

sin

sin

)

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 80

Wieloelementowe anteny płaskie

V(x,y)  (x n ,y n ) V 1 (x,y) Y Y X X Rozkład prędkości na powierzchni anteny

V ( x , y )

 

n V 1 ( x

x n , y

y n )

V 1 ( x , y )

 

n

( x

x n , y

y n )

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 81

a

Przykładowe rozkłady V n ’(x’) dla anteny kwadratowej V n ’(x’)

b

V n ’(x’)

c

V n ’(x’) X’ X’ X’ a) b) c) Przekrój wzdłuż symetralnych Przekrój wzdłuż przekątnych Wybrany przekrój specjalny SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 82

Rozkład wzdłuż dowolnego przekroju z wyjątkiem charakterystycznych SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

x ' nm

x n cos

 

y m sin

 83

Charakterystyki kierunkowe dla rozkładów równomiernych

V n ' ( x ' )

N

 

N

( x '

nd x ' )

Rozkład drgań d x’ – odległość impulsów Diraca Rozkład zapisany w konwencji przekształcenia Fouriera

v n ( u )

N

 

N

( u

nd )

l 1

( u / l )

     

( u

nd )

Widmo przestrzenne

b n (

)

1 2

 

{

( u / l )}

2

d n

    

(

 

n

s )

 s =2  /d

b n (

)

Sa (

 

l / 2 )

1 d n

    

(

 

n

s )

d 1 n

   

Sa [(

 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 

n

s ) l / 2 )

84

Widmo przestrzenne źródeł punktowych

b (

)

sin[ M M

( sin[

( d d / /

 

0 0 ) sin

) sin

] ]

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE Charakterystyka kierunkowa 85

Zasada mnożenia charakterystyk kierunkowych

b (

)

b 1 (

)

b n (

)

Warunek braku listków dyfrakcyjnych w zakresie kątów widzialnych  s =2  /d  4  d  1/2 d x  /2 Łagodny warunek braku listków dyfrakcyjnych w zakresie kątów widzialnych d x  SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 86

s(t)

Detekcja sygnałów echolokacyjnych

Cel detekcji: Wykrycie znanego sygnału użytecznego w sygnale echa x(t) ODBIORNIK y(t) n(t) x(t)=s(t)+n(t) y(t)=T{x(t)} SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 87

Warunki detekcji

s(t) – użyteczny sygnał echa – deterministyczny wariant 1 – sygnał w pełni znany wariant 2 – sygnał całkowicie nieznany n(t) – zakłócenia niedeterministyczne (szumy, rewerberacje) x(t) – sygnał na wejściu odbiornika – stochastyczny y(t) – sygnał na wyjściu odbiornika - stochastyczny Detekcja binarna – 1 – odebrano sygnał użyteczny 0 – odebrano tylko zakłócenia SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 88

Decyzje podejmowane na wyjściu odbiornika i ich prawdopodobieństwa s 1 0 n 1 1 Decyzja 1 Prwadopo dobieństwo P D Decyzja 0 Prwadopo dobieństwo 1-P D 1 P FA 0 1-P FA P D P FA – prawdopodobieństwo detekcji – prawdopodobieństwo fałszywego alarmu Nadrzędny cel systemu: zapewnienie maksymalnej wartości P D i minimalnej wartości P FA .

Cele te są z natury sprzeczne – konieczny jest kompromis (optymalizacja) SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 89

Detekcja sygnału stałego na tle szumu gaussowskiego Kryterium Neymana-Pearsona

p 1 p 0 ( ( y y ) )

  p 1 (y) –rozkład prawdopodobieństwa sygnału na wyjściu odbiornika, gdy na wejściu pojawia się sygnał echa

p 1 ( y )

1 2

 

exp

   

( y

2

y 1 2 ) 2

   p 0 (y) –rozkład prawdopodobieństwa sygnału na wyjściu odbiornika, gdy na wejściu istnieje tylko szum

p 0 ( y )

1 2

 

exp

   

( y

2

y 0 2 ) 2

   SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

y 1

y 0

  90

exp

   

( 2

 

2

y 1 2

y 0 )

      

y 1

y o 2

  

2 ln

P D

   

p 1 ( y ) dy

 - próg detekcji

P FA

   

p 0 ( y ) dy

Stosunek sygnału do szumu na wyjściu odbiornika

SNR y

{ E [ y 1 ]

 

2 E [ y 0 ]} 2 E [ y 1 ]

y 0

 

E [ y 0 ]

y 0

SNR y =

2 /

2

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 91

1 0 .9

0 .8

0 .7

0 .6

0 .5

0 .4

0 .3

0 .2

0 .1

0 - 1 .5

- 1 p 0 (y) - 0 .5

0  p 1 (y) 0 .5

 1 1 .5

2 P D P FA 2 .5

3 3 .5

y

y 0

0 y 1

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE   

1

 

0 .

5

92

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE P D i P FA 1 0.9

p(D) 0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

p(FA) 0.1

0 -5 -4 -3 -2 / -1 // 0 g 1 / 2 3 4 5 93

Krzywe operacyjne odbiornika P 1 0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

10 -6 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE d=25 d=16 10 -4 10 -2 3 2 / 4 1 10 0 94

Odbiór sygnału stochastycznego na tle szumu gaussowskiego

p 1 ( y )

p 0 ( y )

p s ( y )

p 0 p s – rozkład szumu – rozkład sygnału p 1 – rozkład sygnału z szumem Przykład: szum i sygnał są gaussowskie 

1 2 =

o 2 +

s 2

.

Porównanie odbioru sygnału o stałej wartości i sygnału stochastycznego o wartości średniej równej wartości stałej poprzedniego sygnału.

Dyspersja sygnału równa jest dyspersji szumu.

Wniosek: Prawdopodobieństwo detekcji sygnału stochastycznego jest mniejsze, a prawdopodobieństwa fałszywego alarmu są jednakowe.

Czym nasza wiedza o sygnale jest mniejsza, tym jego detekcja jest trudniejsza.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 95

0 . 5 0 . 4 0 . 3 0 . 2 0 . 1 0 -2 0 . 9 0 . 8 0 . 7 0 . 6 1 p 0 (y)  0 =0.5 -1 1-P D 0 p 1 (y)  1 =  0 =0.5,  s =0 p FA 1  2 3 p 1 (y) =p 0 *p s  1 =1,  s =0.87 4 5 y SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 96

Detekcja znanego sygnału na tle szumu gaussowskiego

x 1 (t)=s(t)+n(t) x 0 (t)=n(t)

Struktura odbiornika optymalnego   ( )dt x(t) s(t) y(t)

y (

)

0

 

x ( t ) s ( t ) dt

  SYSTEMY ECHOLOKACYJNE Odbiornik korelacyjny 97

2 1.5

1 0.5

0 -100 5 0 -5 -100 Odbiór impulsu prostokątnego s(t) x(t)=s(t)+n(t) 5 0 0 t [ms] x(t)s(t) 100 0 t [ms] 100 200 200 -5 -100 100 y 1 (t) 80 60 40 20 0 -100 0 t [ms] 100 0  t [ms] 100 200 200  SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 98

Własności statystyczne sygnału na wyjściu odbiornika korelacyjnego 0.16

y 1 (k) a) 0.14

0.12

0.1

0.08

0.06

0.04

0 50 k 100 25 h(y 1 ) b) 20 15 10 5 0 0.05

0.1

p(y 1 ) 0.15

y 1 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 99

Stosunek sygnału do szumu na wejściu i wyjściu odbiornika – „wzmocnienie przetwarzania”

E [

2 y 1

]

E [ 0

 

s 2 ( t E [{

0

s ( t ) n ( t ) dt ]

) dt } 2 ] E [ 0

 

s ( t

NE (

) n ( t ) SNR y

{ E [ y 1 ]

 

2 E [ y 0 ]} 2

[ E (

NE (

)] 2 ) ) dt ]

E (

) SNR y

E (

) N

E(  )-energia sygnału w momencie czasu  N – widmowa gęstość mocy szumów Stosunek sygnału do szumu na wyjściu odbiornika korelacyjnego SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 100

Stosunek sygnału do szumu na wejściu odbiornika

SNR x

 

P s 2 x

2 x

NB E(

)=P s

SNR y

E (

)

N P s

N

P s

B NB

B

 

P s 2 x

B

 

SNR x SNR y

B

 

SNR x

Wniosek: Korzystne jest stosowanie sygnałów o dużym iloczynie czasu trwania i szerokości widma. Iloczyn ten należy zwiększać przez wydłużanie czasu trwania sygnału, gdyż wówczas rośnie jego energia.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 101

Odbiornik dopasowany do sygnału użytecznego

k(t) x(t) y(t)

y (

)

    

k ( t ' ) x (

 

t ' ) dt ' k ( t )

s (

 

t )

k(t) – odpowiedź impulsowa filtru dopasowanego Równoważność z odbiornikiem korelacyjnym

y (

)

    

s (

 

t ' ) x (

 

t ' ) dt '

0

 

s ( t ) x ( t ) dt

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 102

Odpowiedź impulsowa filtru dopasowanego k(t) k(t)=s(  -t) s(t) s(t  ) t  0  Funkcja przenoszenia filtru dopasowanego

K ( j

)

 

{ k ( t )}

 

{ s (

 

t )}

S

( j

) e

j

 Realizacja filtru dopasowanego w dziedzinie częstotliwości

X ( Y ( j

j

) )

  

{ K ( x ( t j

)} ) X ( y ( t )

  

1 { Y ( j

)} j

)

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 103

Y ( j

)

K (

| S ( j

) | 2 j

) X ( e

j



j

N (

j )

 

[ S

( ) S

( j

) S ( j

) e

j



j

)

N ( j

) S

( j

)] e

j

  sygnał szum Sygnał użyteczny na wyjściu filtru dopasowanego

y ( t )

  

1 {| S ( j

) | 2 e

j



}

r ss ( t

 

)

Wariancja szumu 

2

N 2

    

| S ( j

) | 2 d

 

NE

Stosunek sygnału do szumu na wyjściu filtru dopasowanego

SNR y

[ r ss ( 0 )] 2 NE

E 2 NE

E N

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 104

Detekcja sygnałów o nieznanych parametrach Sygnał o nieznanym momencie pojawienia się na wejściu odbiornika

k(t)=s(-t) Y ( j

)

 

A | S ( j AS

(

) | 2 j

) S ( e

j



0 j

 

N ( ) e

j



0 j

 

N ( ) S

( j

) j

) S

( j

)

y ( t )

Ar ss ( t

 

0 )

 

x n ( t )

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 105

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 106

Prawdopodobieństwo fałszywego alarmu przy nieznanym momencie pojawienia się sygnału użytecznego 0

P FAT

 

T ef P FA

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 

P FA

 

T P FAT

T t 107

Odbiór sygnałów sinusoidalnych o nieznanych parametrach Znane wszystkie parametry 

y (

)

o

A 2 sin 2 (

0 t

 

0 ) dt

A 4

2 0 {sin 2

0

2 (

0

  

0 )

sin[ 2 (

0

  

0 )]}

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 108

Nieznana faza

y (

)

 

o

A 2 sin(

0 t

 

) sin(

0 t ) dt

A 2 4

0 {sin

 

2

0

cos

 

sin( 2

0

  

)}

Wniosek: Detekcja jest niemożliwa SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 109

Sposób rozwiązania problemu x(t)  sin(  0 t)  cos(  0 t)  ( )dt  ( )dt ( ) 2 ( ) 2   y(t)

ˆ y (

)

 

o

A sin(

0 t

 

) A cos(

0 t ) dt

y a (

)

ˆ y (

)

jy (

) A 2 4

0 {cos

 

2

0

sin

 

cos( 2

0

  

)} y a (

)

 

jA 2

2 e j

[ 1

sin

 

0

0

e

j (

0

 

2

) ] | y a (

) |

A 2

2

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 110

Transformacja Fouriera jako realizacja filtracji dopasowanej do sygnału sinusoidalnego

y a (

)

ˆ y (

)

jy (

)

A

o

sin(

0 t

 

) e

j

o t dt Y ( j

)

A

    

( t

 

/ 2 ) sin(

0 t

 

) e

j

t dt y (

)

|

{ A

( t

 

/ 2 ) sin(

0 t

 

)} | | Y ( j

0 ) | 2

A 2

2 4 X ( j

)

S ( j

)

N ( j

)

A

2 (

  

0 ) e

 

j

N ( j

) X ( j

0 )

A

2 ( 0 ) e

j

 

N ( j

0 )

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 111

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 112

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 113

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 114

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 115

Równanie zasięgu

Cel równania zasięgu: Określenie parametrów technicznych systemu, które zapewnią wykrycie danego obiektu z założonym prawdopodobieństwami P D i P FA .

NADAJNIK ODBIORNIK Odbiorca informacji K A N A Ł Cel echolokacyjny SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 116

Logarytmiczna forma równania zasięgu

ODBIORNIK PO

r 1 =1m

NADAJNIK PN

I 0 I t r I r r 1 =1m I i

CEL HYDROLOKACYJNY Równanie wyjściowe

I 0 I n

SNR x

I n – natężenie szumów na wejściu odbiornika SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 117

I 0 I 1 I 1 I n

SNR x I 1

= 0.67

 10 -18 W/m 2

10 log I 0 I 1

10 log I n I 1

10 log SNR x EL

10 log I 0 I 1 NL

10 log I n I 1 DT

10 log SNR x

Poziom echa Poziom szumów Próg detekcji EL-NL=DT SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 118

Definicje

Poziomem echa EL nazywamy wyrażone w decybelach natężenie użytecznej fali płaskiej padającej prostopadle na powierzchnię przetwornika odbiorczego.

Poziomem zakłóceń NL nazywamy wyrażone w decybelach równoważne natężenie płaskiej fali zakłóceń padającej prostopadle na powierzchnię przetwornika odbiorczego, która daje na wyjściu odbiornika taki sam poziom sygnału, jaki obserwuje się na jego wyjściu odbierając rzeczywiste zakłócenia akustyczne i elektryczne występujące w systemie.

Progiem detekcji DT nazywamy wyrażony w decybelach stosunek natężeń płaskiej fali użytecznej i płaskiej fali zakłóceń padających prostopadle na powierzchnię przetwornika odbiorczego, który zapewnia na wyjściu odbiornika spełnienie założonych kryteriów detekcji.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 119

Wyznaczanie poziomu echa

I 0 I 1

I 0 I r I r I 1

( I 0 I r I r I i I ) I 1 i

( I 0 I r I r I i I i I t I ) I 1 t EL

 

TL

TS

TL

SL EL

SL

2 TL

TS

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 120

Poziomem źródła SL nazywamy, wyrażoną w decybelach, znormalizowaną wartość natężenia fali akustycznej w odległości jednego metra od powierzchni promieniującej przetwornika na jego osi akustycznej.

SL

10 log I I 1 t Wyrażony w decybelach stosunek natężenia fali promieniowanej przez przetwornik nadawczy, występującego na jego osi akustycznej w odległości jednego metra od powierzchni przetwornika, do natężenia fali płaskiej padającej prostopadle na powierzchnię przetwornika odbiorczego nazywamy jednostronnymi stratami transmisyjnymi TL.

TL

10 log I I 0 t

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 121

Siłą celu nazywamy, wyrażony w decybelach, iloraz natężenia fali odbitej od celu w kierunku odbiornika w odległości 1 m od jego środka i natężenia płaskiej fali akustycznej padającej na cel z kierunku nadajnika.

TS

10 log I r I i

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 122

Wzory na obliczanie parametrów równania zasięgu Poziom źródła nadajnika systemu hydrolokacyjnego pracującego w wodzie

SL

51

10 log P t / P 1

10 log

 

DI t

[dB] P t - moc elektryczna nadajnika, P 1 =1W  - sprawność elektro-akustyczna anteny Di t – indeks kierunkowości anteny nadawczej Przykład: P t =1kW,  =0.5, a=b=10 

dI t

4

ab

2

4

100

400

 DI t= =10log(400  )=31 dB SL=51+30-3+31=109 dB SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 123

Straty transmisji TL Straty transmisji zależą od sposobu rozchodzenia się fali: • fala płaska • fala cylindryczna • fala sferyczna TL=0 +  R TL=10logR/R 1 TL=20logR/R 1 [dB] +  R +  R R – odległość celu od anteny, R 1 =1m  - współczynnik tłumienia absorpcyjnego [dB/m] Przykład: R=1km,  =0.01 dB/m, rozprzestrzenianie sferyczne TL=20log1000+0.01·1000=60+10=70 dB Tłumienie zależy od składu chemicznego wody, częstotliwości, temperatury i innych czynników SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 124

Siła celu Siła celu zależy od wielkości obiektu, jego kształtu, usytuowania względem kierunku padania i odbicia fali, własności rozpraszających i in.

Przykładowe wielkości siły celu: ryby

TS

19 .

1 log L ( cm )

0 .

9 log f ( kHz )

62

L=30 cm, f=30 kHz, TS= - 35.1 dB (śledź) Okręty podwodne Okręty nawodne Miny Torpedy kula TS= 10 - 45 dB TS= 15 –25 dB TS= 10 – 15 dB TS= -20 dB (od dziobu) TS=10log[r(m)/2] SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 125

Poziom szumów NL=SPL+10log(B/B 1 )-DI o SPL – spektralny poziom szumów SPL=10log(I n1 /I 1 ) B – szerokość pasma [Hz], B 1 =1 Hz DI o – indeks kierunkowości anteny odbiorczej Próg detekcji NL=10log(SNR o )=10logd SNR o – stosunek sygnału do szumu na wejściu odbiornika zapewniający spełnienie warunków detekcji na wyjściu odbiornika SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 126

Poziom sygnału na wejściu odbiornika UL=EL+VR UL=20log(U/U 1 ) VR=20log(S) S=(U/U 1 )/(p/p 1 ) U – napięcie na wejściu odbiornika [V] U 1 =1V poziom sygnału na wejściu odbiornika S – odpowiedź napięciowa (czułość anteny) p 1 = 1Pa SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 127

Zasięg systemu w ośrodku bez tłumienia absorpcyjnego SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

XL= SL-NL-DT

128

Zasięg systemu w ośrodku z tłumieniem absorpcyjnym SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 129

Projekt prostej echosondy rybackiej

• Zadanie: Określić podstawowe parametry techniczne echosondy rybackiej o następujących parametrach eksploatacyjnych: • zasięg R=200 m • ryba o długości 30 cm • rozdzielczość kątowa 9 0 x 9 0 • rozdzielczość wgłębna  R=75 cm • prawdopodobieństwo detekcji P • stan morza ss=6 D =0.8

• prawdopodobieństwo fałszywego alarmu: jeden fałszywy alarm na 0.1 h, częstotliwość pracy f=50 kHz SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 130

Obliczenia: 1. Czas trwania impulsu sondującego:  =2  R/c=2·0.75m/1500m/s=1.5m/1500/s=1ms 2. Szerokość pasma przenoszenia odbiornika: B=1/  =1/1ms=1kHz 3. Spektralny poziom szumów

SPL

 

64

19 log ss

17 log f [ kHz ]

SPL=-64+19log6-17log50=-64-15-29=-78 dB 4. Indeks kierunkowości

DI

10 log 4

ab

2

 

10 log 41253

   

10 log 41253 9

9

10 log 509

27 dB

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 131

5. Poziom szumów: NL=SPL+10logB-DI= - 78+30-27=-75 dB 6. Prawdopodobieństwo fałszywego alarmu: T t =2R/c=400/1500=0.27s – czas jednej transmisji T r =0.23 s – czas potrzebny na zanik ech z dalszej odległości.

n =2 dwie transmisje na 1s x360=720 transmisji P FA1 =  /T t =1ms/270ms  4 10 -3 P FA =P FA1 /360  10 -5 7. Wyjściowy stosunek sygnału do szumu d=25 (z krzywych ROC) 8. Próg detekcji: SNR x =SNR y =DT=10logd=10log25= 14 dB 8. Poziom echa: EL=NL+DT=-75+14= - 61 dB SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 132

VL= - 69 dB – wartość zmierzona przy kalibracji przetwornika piezoelektrycznego.

10. UL=EL+VL=-61-69 = -130 dB U=10 -130/20 =10 -6.5

=0.3

 V Przy tak małym napięciu może dominować szum elektryczny!

Sprawdzenie: R=1k  - wartość zmierzona, T =283 0 K U n 2 =4kTRB=4 1.38 10 -23 283 10 3 10 3 =1600 10 -17 =1.6 10 -14 U n =0.13

 V, UL n =20log(0.1310

-6 )=-17-120=-137 dB EL n =Ul n -VL+DT=-137+69+14=-54 dB Wniosek: dominują szumy elektryczne Licząc się z ewentualnymi innymi zakłóceniami podwyższamy minimalne napięcie U=3  V , czyli o 20 dB SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 133

EL=-61dB+20 dB= - 41 dB , co odpowiada wzrostowi DT do 34dB w stosunku do szumów akustycznych 11. Siła celu

TS

19 .

1 log L ( cm )

0 .

9 log f ( kHz )

62

TS=19.1log30-0.9log50-62=28.2-1.5-62=-35 dB 12. Straty transmisyjne – propagacja sferyczna - tłumienie absorpcyjne  =10dB/km 2TL=40logR+2  R=40log200+2 10 0.2=92+4=96 dB SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 134

13. Poziom źródła EL=SL-2TL+TS SL=EL+2TL-TS=-41+96+35=90 dB 14. Moc elektryczna nadajnika SL=51+10logP+10log  +DI 10logP=SL-10log  -DI-51=90+3-27-51=15 dB P=10 15/10 =10 1.5

=30W 14. Projekt anteny

sin(

 

3 dB / 2 )

0 .

44

l x l x

 

0 .

44 sin 4 .

5

5 .

6

 =c/f=1500[m/s]/50000[1/s]=0.03 m =3 cm l x =5.6·3cm=16.8 cm SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 135

5 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 30 170 136

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 137

Parametry techniczne echosondy

• Częstotliwość pracy • Moc nadajnika • Poziom źródła • Czas trwania impulsu sondującego • Minimalne napięcie sygnału echa • Maksymalne napięcie szumów na wejściu odbiornika • Szerokość pasma odbiornika • Szerokość wiązki 50 kHz 30W 90 dB 1 ms 3  V 0.6  V 1kHz 9 0 x 9 0 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 138

Technika systemów wielowiązkowych

• Metody przeszukiwania obszaru: • jedna wiązka – ruch anteny lub nośnika systemu, • jedna obracająca się wiązka – skaning (antena nieruchoma), wiele jednocześnie wytwarzanych, odchylonych wiązek – - beamforming, (nieruchoma antena).

Zadanie systemów wielowiązkowych to skrócenie czasu przeszukiwania obszaru.

Beamforming stosuje się wyłącznie w odbiornikach.

„Naświetlanie” sektora kątowego pokrytego przez wiązki odbywa się szeroką wiązką nadawczą lub metodą skaningu.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 139

Układ wiązek wytwarzanych przez beamformer   Czas przeszukiwania obszaru

t p

2 R z c

  

3 dB

  

3 dB

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 140

1 Anteny systemów wielowiązkowych y n N h x l d L Stosowane są także wieloelementowe anteny cylindryczne i sferyczne (pl.18) SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 141

Budowa odbiornika systemu wielowiązkowego sygnały z elementów anteny sygnały w wiązkach Liczba niezależnych kanałów BOA i beamformera jest równa liczbie niezależnych elementów anteny.

Gdy beamformer wytwarza odchylone wiązki tylko w płaszczyźnie poziomej lub tylko w płaszczyźnie pionowej, wówczas liczba kanałów jest równa odpowiednio liczbie kolumn lub liczbie wierszy anteny.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 142

Klasyfikacja beamformerów Ze względu na metodę : • opóźnieniowo-sumacyjne, • z estymacją widma przestrzennego.

Ze względu na technikę realizacji: • analogowe, • cyfrowe.

Ze względu na rodzaj odbieranych sygnałów: • wąskopasmowe, • szerokopasmowe.

Ze względu na dziedzinę przetwarzania sygnałów: • pracujące w dziedzinie czasu, • pracujące w dziedzinie częstotliwości.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 143

Zasada pracy wąskopasmowego beamformera opóźnieniowo-sumacyjnego Beamformer wytwarzający wiązki w jednej płaszczyźnie Sygnał na wyjściu n-tego elementu anteny front fali

s n ( t ,

)

S 0 sin{ 2

f 0 [ t

 

gn (

)]

 

}

 d -N -1 0  n nd sin  N s n (t,  ) Opóźnienie „geometryczne” 

gn (

)

 

nd c sin

 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 144

N -1 0 1 N k=-K k=0 zespół linii opóźniających k=K  s(t,  ,  -K ) s(t,  ,  0 ) s(t,  ,  K ) Sygnał na wyjściu k- tego sumatora – sygnał k-tej wiązki

s ( t ,

,

k )

N

 

N S 0 sin{ 2

f 0 [ t

 

gn (

 Warunek zgodność faz

)

 

n (

k )]

 

}

Opóźnienie elektryczne 

gn (

k )

 

n (

k )

 

s

n (

k )

 

s

nd c sin

k

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 145

Sygnał na wyjściu k-tego sumatora

s ( t ,

,

k s ( t ,

,

k ) )

 

N

 

N S 0 S 0 M sin{ 2

f 0 sin( 2

f 0 t [ t

   

nd (sin

c

s

sin

k )]

  

) sin[ M

( M d sin[

( d / /

 

0 0 )(sin

)(sin

 

s

 

} sin sin

 

k k )] )]

Charakterystyka kierunkowa k-tej wiązki

b (

,

k )

sin[ M

( M sin[

( d d / /

 

0 0 )(sin

)(sin

  

sin sin

 

k k )] )]

 k =30 0  Szerokość wiązki 

3 dB

50 .

4

0 Md 1 cos

k

Wniosek: Nie należy stosować zbyt szerokiego sektora jednoczesnej obserwacji .

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 146

Charakterystyki kierunkowe beamformera SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 147

Wpływ skończonych wymiarów elementów anteny na charakterystyki kierunkowe beamformera -N -n -2 -1 l 0 d 1 2 nd l 2Nd n N SYSTEMY ECHOLOKACYJNE (

M=11, d/

=0.6, l/

=0.55, kąt odchylenia 9 0

).

148

Porównanie z szykiem punktowym SYSTEMY ECHOLOKACYJNE (

M=11, d/

=0.8, l/

=0.75,

1 =7 0

).

149

Wpływ ważenia amplitudowego na charakterystyki kierunkowe beamformera Ważenie amplitudowe dla układu symetrycznego

s (

,

k )

N

 

N S n cos[ 2

nd

0 (sin

 

sin

k )]

Ważenie amplitudowe nie redukuje poziomu listków dyfrakcyjnych SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 150

Wąskopasmowe analogowe beamformery fazowe Dla sygnałów sinusoidalnych opóźnienia można zastąpić przesunięciami fazy.

n (

k )

2

f 0 nd sin

k c

2

nd

0 sin

k

Problem techniczny: konstrukcja przesuwników fazy w pełnym zakresie od 0 do 2  na układach RLC.

Rozwiązanie techniczne: beamformer z detekcją kwadraturową.

sx n ( t ,

)

S n sin{ 2

f 0 [ t

 

gn (

)]

 

} sin( 2

f 0 t ) sy n ( t ,

)

S n sin{ 2

f 0 [ t

 

gn (

)]

 

} cos( 2

f 0 t )

Po filtracji dolnopasmowej

x n ( t ,

)

1 2 S n cos[

gn (

)

 

]

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE

y n ( t ,

)

 

1 2 S n sin[

gn (

)

 

]

151

sin[  n (  k )] sin(  0 t) x n (t,  ,  k ) s n (t,  ) FDP FDP x n (t,  ) y n (t,  ) cos[  n (  k )] sin(  0 t) cos(  0 t) cos(  0 t) DETEKTOR KWADRATUROWY y n (t,  ,  k ) sin[  n (  k )] PRZESUWNIK FAZY

x n ( t ,

,

k )

1 2 S n cos[

gn (

)

 

n (

k )

 

] y n ( t ,

,

k s n ( t ,

,

k )

)

1 2 S n sin[

gn (

)

 

n (

k x n ( t ,

,

k ) sin( )]

 

] 2

f 0 t )

y n ( t ,

,

k ) cos( 2

f 0 t ) s n ( t ,

,

k )

1 2 S n sin[ 2

f 0 t

 

gn (

)

 

n (

k )

 

]

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE s n (t,  ,  k ) 152

Realizacja mnożenia przez stałe liczby i sumowania na wzmacniaczu operacyjnym R 1 R U 1 R 2 U 2 U n R n U wyj

U wyj

 

R N

1 1 R n U n

Realizacja przesunięć fazy bezpośrednio na sygnale sinusoidalnym c nk s sn (t) s nk (t)=s sn (t)c nk -s cn (t)s nk  /2 s cn (t) s nk SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 153

Wpływ szerokości widma sygnału na charakterystyki beamformerów fazowych.

b (

,

k )

1 M n N

  

N cos{

ng (

,

k )]} sin{

n (

n ( f g f g / / f 0 f 0 ) g ( ) g (

,

 

k ,

k )] )]} g(

,

k )=sin

- sin

k

Charakterystyki kierunkowe beamforemera: a – dla sygnały szerokopasmowego, b – dla sygnału wąskopasmowego o częstotliwości

f 0 (M=19, f g /f 0 =0.2, d/

0 =0.5

) SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 154

Wzrost szerokości wiązki spowodowany niepełną kompensacją fazy (

B=2f g ,

k =30 0

).

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 155

Wzrost szerokości wiązki spowodowany niepełną kompensacją fazy (

f g /f 0 =

0.2, 

k

=15

0 , 30 0 i 45 0 ).

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 156

Stany nieustalone w beamformerach fazowych Obwiednia odebranego impulsu prostokątnego w funkcji czasu i kąta.

(M=7, d/

=0.5,

k =30 0 , długość impulsu równa długości anteny).

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 157

Bemformery cyfrowe

• • • Podział: Bemformery pracujące w dziedzinie czasu: z nadpróbkowaniem, interpolacyjne.

Bemformery pracujące w dziedzinie częstotliwości: wąskopasmowe, szerokopasmowe.

Beamformery z estymacją widma przestrzennego SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 158

Bemformery pracujące w dziedzinie czasu

.

Sygnał na wyjściu n-tego elementu anteny

s n ( t ,

)

S 0 s [ t

 

gn (

)] s n ( i ,

)

S 0 s [

t ( i

 

gn (

) /

t )] s n ( i ,

)

S 0 s [ i

i n (

)] F s

f g 360



1

F sN 180



1 i n (

k )

n ( d / c ) sin(

k

t )

n T g 2

t sin(

k ) i n (

)

 

gn (

 

t )

Zgodnie z twierdzeniem Nyquista 

t



1 2 f g

T g 2 i n (

k )

n sin(

k ) i n (

k )

 

nk T g

t

1 360 F s

f g 360



1

F sN 180



1

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 159

Bemformer interpolacyjny

Współczynnik interpolacji lub nadpróbkowania

I

F s F sN

180



1

Częstotliwość próbkowania musi być co najmniej I razy większa od częstotliwości Nyquista Interpolacja • wstawianie zer • cyfrowa filtracja dolnopasmowa SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 160

Cyfrowe beamformery wąskopasmowe

x n ( i ,

)

A n ( i

i gn ) cos[ 2

ai

 

gn

 

0 ] y n ( i ,

)

A n ( i

i gn ) sin[ 2

ai

 

gn

 

0 ]

Transformacja Hilberta Algorytm obliczania sygnału w k-tej odchylonej wiązce

b ( i , k )

n N

 

1 x ( i , n ) cos[

( n , k )]

n N

 

1 y ( i , n ) sin[

( n , k )] cos[

(n,k)]=cos[

n (

k )] sin[

(n,k)]=sin[

n (

k )]

.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 161

1 S&H 2 S&H 3 S&H ADC x(i,1) x(i,2) ADC x(i,3) ADC HT y(i,1) HT y(i,2) HT y(i,3)

n N

 

1 x ( i , n ) cos

nk n N

 

1 y ( i , n ) sin

nk

n S&H N S&H ADC x(i,n) ADC x(i,N) HT y(i,n) HT y(i,N)

BEAMFORMER

Schemat funkcjonalny cyfrowego beamformera fazowego b(i,1) b(i,2) b(i,3) b(i,k) b(i,K) SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 162

Wąskopasmowy beamformer cyfrowy z detekcją kwadraturową

s n ( t ,

)

A n ( t ,

) sin[ 2

f 0 t

 

n ( t ,

)]

Próbki sygnału po detekcji kwadraturowej

y n ( i ,

)

A n ( i

t ,

) sin[ 2

f 0

ti

 

n ( i

t ,

)] x n ( i ,

)

A n ( i

t ,

) cos[ 2

f 0

ti

 

n ( i

t ,

)] sˆ n ( i ,

)

x n ( i ,

)

jy n ( i ,

)

A n ( i

t ,

) exp{ j [ 2

f 0

ti

 

n ( i

t ,

)]} sˆ n ( i ,

)

A n ( i ,

) exp[ j

n ( i ,

)] Sˆ ( i ,

,

k )

n N

 

1 sˆ n ( i ,

) exp[

j

n ( i ,

k )] S ( k , i )

n N

 

1 w ( k , n , i ) s ( n , i )

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 163

n (

k )

 

2

f 0 ( n

1 ) d c sin

k

        

S S S S ( ( ( (

 

1 2 k K ) ) )

       

)

          

w w w w ( ( ( ( 1 2 k

 

K , , 1 , 1 , 1 1 ) ) ) ) w ( 1 , 2 ) w ( 2 , 2 )

w ( k , 2 )

w ( K , 2 )

     

w ( 1 , n ) w ( 2 , n )

w ( k , n )

w ( K , n )

     

w ( w w w ( ( ( 1 , 2 , k K

 

, , N N N N ) ) )

       

)

     

s s

   

s

s ( ( ( (

 

1 2 n N ) ) )

       

)

S=ws

S ( k , i )

n N

 

1 w ( k , n ) s ( n , i )

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 164

Estymacja widma przestrzennego

Podstawy metody Ciśnienie akustyczne na linii prostej

p ( x , t )

p k sin[

0 ( t

x sin

k )

 

0 k c

Rozkład ciśnienia w chwili czasu t=t 0

]

(  0 t 0 =  0 ) 0  k  k x

p ( x , t 0 ),

p k p ( x , t 0 )

p k sin(

0 sin( 2

x sin

k c sin

k x

0

 

0

 

0

 

0 k

 

0 k ) )

Zmienna (odpowiednik czasu) - iloraz

x/

0

, .

Częstotliwość rozkładu ciśnienia jest równa

F k =sin

k

Pulsacja 

k =2

F k

.–

pulsacja przestrzenna - częstotliwość przestrzenna

, X SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 165

Próbkowanie przestrzenne Wartości próbek

s ( n )

S n p k sin( 2

F k nd

0

 

0

 

0 k )

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE Kryterium Nyquista

d

0

1 2 F k max d /

0

1 / 2

166

x ( n )

y ( n )

S 0 p k S 0 p k cos(

nF k sin(

nF k n n

  

k

k ) )

Postać zespolona próbek t=t 0 t=t 0 +T 0 /4

sˆ ( n )

x ( n )

jy ( n )

S 0 p k e j (

F k n

 

k ) p k

1 S 0 x 2 ( n )

y 2 ( n ) F k

1 j

ln[exp( j

F k )]

Przypadek k fal o tej samej częstotliwości padających po różnymi kątami

s

( n )

S 0 k K

 

1 p k exp[ j (

nF k

 

k ) ]

Widmo ciągłe ciągu próbek

S ( e j

)

S 0 n

    

k K

1 p k exp[ j (

nF k

 

k )] exp(

jn

)

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 167

S ( e j

)

S 0 k K

 

1 { p k exp( j

k ) n

   

exp[ j

n ( F k

F )]} n

   

exp[ j

n ( F k

F )]}

M lim

 

sin[ sin[

M

( ( F F k k

 

F F ) ) / / 2 ] 2 ]

 

( F

F k ) S ( e j

)

S 0 k K

 

1 p k exp( j

k )

( F

F k )

|S(e j  )/S 0 | p 1 p 2 p 3 F -1 -0.5 0 0.5 1  -90 0 -45 0 0 0 30 0 60 0 90 0 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 168

S ( e j

)

S 0 M k K

 

1 p k sin[ M

sin[ M (

( F F

 

F k F k ) / ) / 2 ] 2 ] exp( j

k )

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 169

Realizacja cyfrowa estymacji widma przestrzennego Dyskretna transformacja Fouriera

Sˆ ( k )

n N

 

1 sˆ ( n ) exp[

j 2

( n

1 )( k

1 ) / N ] | Sˆ ( k ) |

S 0 p m N sin{ N

N [ sin{

[ F m F m / / 2

( k 2

( k

1 ) /

1 ) / N N ]} ]}

(

M=32, d/

0 =0.5, p 1 =1 Pa ,

1 = -30 0 , p 2 =1 Pa,

2 = 32 0

) Granica opłacalności N  32 SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 170

Wysokorozdzielcze metody estymacji widma przestrzennego Podstawowa idea – metoda predykcji liniowej Hipoteza idealistyczna

s ( n )

P

  

p 1 a p s ( n

p )

s(n-k) – próbki znane s(n) – próbka wyznaczana jest równa próbce rzeczywistej (zmierzonej) Hipoteza realistyczna

s~ ( n )

P

  

p 1 a p s ( n

p ) s ( n )

s~ ( n )

e ( n )

błąd

s ( n )

p P

 

1 a p s ( n

p )

e ( n )

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 171

Widmo 

{ s ( n )

p P

 

1 a p s ( n

p ) }

 

{ e ( n )} S ( k )[ 1

p P

 

1 a p exp[

j 2

pk / P ]

e 0

Widmo gęstości mocy (energii)

| S ( k ) | 2

| 1

p P

 

1 a p e 0 exp[

j 2

pk / P | 2

(dla szumu białego) Bieguny |S(k)| 2 określają częstotliwości przestrzenne (sinusy kątów padania fali) SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 172

%Program oblicza PSD metodą Burga dla trzech sygnałów sinusidalnych pobranych kwadraturowo z 32 elementów anteny % Model 8 rzędu % SNR=12 dB dla największej sinusoidy C=zeros(10,256); for m=1:100; x=1:32; s1=1.4*exp(i*(pi*x*sin(pi*30/180))); s2=1*exp(i*(pi*x*sin(pi*60/180))); s3=0.7*exp(i*(-pi*x*sin(+pi*45/180))); s=s1+s2+s3+0.25*randn(1,32)+i*0.25*randn(1,32); P=pburg(s,8)'; A=P(1:128); B=P(129:256); C(m,:)=[B A]; end Y=sum(C); YA=Y.^0.5; MY=max(YA); skala=-1+1/128:1/128:1; plot(skala,YA/MY,'k') SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 173

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 174

Ogniskowanie wiązki

n r(n) d r(0)  r ( n )  r ( 0 ) 2  [( n  1 ) d ] 2  r ( 0 ) SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 175

Opóźnienie  ( n )   r ( n ) c Beamformer kompensuje opóźnienie jedną z opisanych wyżej metod dziedzinie czasu lub częstotliwości Uwagi: Ogniskowanie jest skuteczne w polu bliskim.

Ognisko można przesuwać dynamicznie w całym obszarze pola bliskiego.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 176

Systemy z syntetyczną aperturą

Zasada pracy Antena porusza się wzdłuż linii prostej, a sygnały z anteny są rejestrowane. Sygnały w kolejnych punktach mają przesunięcie fazowe jak w dyskretnej antenie liniowej.

Powierzchnie jednakowej fazy c v SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 177

Zmiana fazy w czasie ruchu anteny  ( t )   0 ( t   r ) c  r  vt sin  Zasadniczy problem: bardzo dokładna znajomość trasy anteny, czyli wektora prędkości.

Konieczność pomiaru prędkości i wykonywanie korekt fazy spowodowanych drganiami anteny.

SYSTEMY ECHOLOKACYJNE 178