Робота акустичних систем в умовах шумових навантажень
| dc.contributor.advisor | Коржик, Олексій Володимирович | |
| dc.contributor.author | Козак, Андрій Віталійович | |
| dc.date.accessioned | 2024-02-09T14:33:16Z | |
| dc.date.available | 2024-02-09T14:33:16Z | |
| dc.date.issued | 2023 | |
| dc.description.abstract | Козак А.В. Робота акустичних систем в умовах шумових навантажень. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 «Електроніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2023. В зв’язку з зростаючими вимогами до систем повітряного спостереження та розвідки, а також необхідності вдосконалення існуючого парку БПЛА в частині зменшення радіолокаційної та акустичної помітності, сформульовано та розв’язана задача розробки системи акустичного шумопеленгування малих літальних апаратів на основі методів пеленгування, які успішно використовувались в підводні акустиці. Методи шумопеленгування доопрацьовані в частині відповідності до умов роботи за системою: акустична антена (АА) – пристрій виявлення (до 5 типів пристроїв виявлення) – пристрій пеленгування та індикації. Метою роботи є створення акустичної системи повітряного шумопеленгування, що реалізує принципи виявлення шумоподібних сигналів із залучення спектральних та кореляційних методів. При цьому в дисертації отримано наступні наукові результати: 1. Адаптація принципів шумопеленгування в морському середовищі до принципів пеленгування в повітрі; 2. Вперше для повітряних об’єктів розрахована енергетична дальність виявлення БПЛА типу КРИЛО; 3. Вперше використано середовище LabView для моделювання алгоритму і структури пристрою шумопеленгування; 4. Вперше програмно були об'єднані пристрій виявлення і вимірювання параметрів виявленого сигналу в комплексі, тобто підвищення надійності забезпечувалося паралельним використанням трьох трактів виявлення; 5. Вперше була запропонована акустична антена, конструкція якої дозволяє працювати як з скалярними та векторними полем тиску, так і з коливальною швидкістю; 6. За результатами розробки було створено макет пристрою шумопеленгування, функціональні можливості якого, було перевірено в практичних умовах із залученням БПЛА квадрокоптерного типу в лабораторних та натурних умовах. Практична значимість роботи полягає в подальшому розвитку засобів повітряного шумопеленгування, а саме створення оригінальних комбінованих пристроїв виявлення БПЛА та впровадження віртуальних інструментів для пеленгування і виявлення на основі лабораторного пакету програм LabView та MathLab. Основний зміст дисертаційної роботи викладено в чотирьох розділах та додатку. У вступі сформульовано мету та визначено цілі розробки, обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, описано методи дослідження, надана інформація про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Перший розділ роботи присвячено формулювання проблеми та огляду сучасного стану задач шумопеленгування БПЛА. Основну увагу приділено мультисенсорним системам, тобто таким, що сукупно використовують методи акустичного, оптичного та радіолокаційного виявлення і водночас аналізують отримані дані різних типів. В розділі також наведено основні характеристики сучасних мультисенсорних систем. Отриману інформацію можна застосовувати для майбутньої реалізації системи шумопленгування повітряних об’єктів в програмному середовищі LabView. У другому розділі приведено математичні та фізичні засади методології виявлення та пеленгування. Досліджено існуючі методи та алгоритми обробки та аналізу шумів навколишнього повітряного середовища. Також в другому розділі представлені теоретичні засади щодо розрахунку енергетичної дальності. запропоновано тракт спектрального аналізу, як перспективний засіб виявлення. Розглянуто можливість впровадження тракту спектрального аналізу у склад мультисенсорного комплексу виявлення та пеленгування БПЛА. Запропоновано систему виявлення та пеленгування корисних шумоподібних сигналів, що має містити чотири тракти, фізична реалізація виявлення в яких виконується програмною реалізацією алгоритмів виявлення та, пороговою обробкою та індикацією результатів. Розглянуто шумоподібні сигнали і завади в задачах шумопеленгування та отриману інформацію можна застосовувати для майбутньої реалізації системи шумопленгування повітряних об’єктів в програмному середовищі LabView. Третій розділ роботи присвячено технічним рішенням реалізації пристрою шумопеленування БПЛА. Для реалізації пристрою було використано програмний пакет LabView. LabVIEW (англ. Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) — платформа та середовище розробки для візуальної мови програмування компанії National Instruments (США). Метою даної мови є автоматизація використання обчислювального та вимірювального лабораторного обладнання. Оцінено якість і переваги програмного середовища розробки LabView. Представлено тракт виявлення і пеленгування, що є результатом наукового дослідження методології акустичного виявлення повітряних об’єктів. Окреслено схему та описано її компонування і роботу за цією схемою. Приведено схему реалізації тракту виявлення і пеленгування, описано їх робота та розписано усі складові компоненти схеми та їх характеристики у складі пристрою виявлення і шумопеленгування. Представлено мультикомпонентну векторну акустичну антену пристроїв виявлення та пеленгування. Дана антена може працювати як пристрій, що забезпечує реєстрацію як скалярних, так і векторних характеристик. На основі вказаної антени показано застосування адитивних операцій, що до можливості формування характеристик направленості різних типів. Слід зауважити, що ця антена в силу використання додаткових приймачів може бути віднесеною як до області повітряної, так і до області гідроакустики. Четвертий розділ присвячено проведенню експериментальних досліджень, які відбувалися шляхом лабораторного та натурного експерименту. Описано підготовку матеріальної бази та схеми експерименту, збирання вимірювального стенду та самі результати. В додатку представлено методику розрахунку дальності для різних можливих варіантів реалізації та використання приладу. Визначено та враховано завадостійкості акустичної антени. Проведено попередню оцінку результуючої завадо-сигнальної ситуації. Враховано наявність зелених насаджень, інженерних наземних об'єктів, турбулентності. І в результаті визначено прогнозовану дальність виявлення БПЛА різних типів (квадрокоптер і крило), що включає геометричну та енергетичну дальності. Галузь застосування: акустичні вимірювання | |
| dc.description.abstractother | Kozak A.V. The operation of acoustic systems under conditions of noise loads. – Qualifying scientific work on manuscript rights. Dissertation for obtaining the scientific degree of Doctor of Philosophy in specialty 171 "Electronics". - National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, MES of Ukraine, Kyiv, 2023. In connection with the growing requirements for aerial surveillance and reconnaissance systems, as well as the need to improve the existing fleet of UAVs in terms of reducing radar and acoustic visibility, the task of developing an acoustic noise direction finding system for small aircraft based on direction finding methods that have been successfully used was formulated and solved in underwater acoustics. Noise direction finding methods have been refined in terms of compliance with system operating conditions: acoustic antenna (AA) – detection device (up to 5 types of detection devices) – direction finding and indication device. The purpose of the work is to create an acoustic system of airborne noise direction finding, which implements the principles of detecting noise-like signals using spectral and correlation methods. At the same time, the following scientific results were obtained in the dissertation: 1. Adaptation of the principles of noise direction finding in the marine environment to the principles of direction finding in the air; 2. For the first time, the energy detection range of the wing-type UAV was calculated for aerial objects; 3. For the first time, the LabView environment was used for modeling the algorithm and structure of the noise direction finding device; 4. For the first time, the detection device and the measurement of the parameters of the detected signal were combined by software in a complex, i.e. the increase in reliability was ensured by the parallel use of three detection paths; 5. For the first time, an acoustic antenna was proposed, the design of which allows working with both scalar and vector pressure fields, as well as with oscillating speed; 6. Based on the results of the development, a model of the noise direction finding device was created, the functionality of which was tested in practical conditions with the involvement of a quadrocopter-type UAV in laboratory and field conditions. The practical significance of the work lies in the further development of aerial noise direction finding tools, namely the creation of original combined UAV detection devices and the introduction of virtual tools for direction finding and detection based on the laboratory package of LabView and MathLab programs. The main content of the dissertation is presented in four chapters and two appendices: In the introduction, the purpose and goals of the development are defined, the relevance of the dissertation work is substantiated, research methods are described, information is provided about scientific novelty and the practical significance of the obtained results. The first part of the work is devoted to the formulation of the problem and an overview of the current state of UAV noise direction finding problems. The main attention is paid to multi-sensor systems, that is, those that collectively use the methods of acoustic, optical and radar detection and at the same time analyze the received data of various types. The section also provides the main characteristics of modern multi-sensor systems. The obtained information can be used for the future implementation of the noise shielding system of air objects in the LabView software environment. In the second chapter, the mathematical and physical foundations of the detection and direction finding methodology are presented. The existing methods and algorithms for processing and analyzing ambient air noise are studied. The second chapter also presents the theoretical principles for calculating energy range. the path of spectral analysis is proposed as a promising means of detection. The possibility of introducing a spectral analysis path into the multi-sensor complex of UAV detection and direction-finding was considered. A system for detection and direction finding of useful noise-like signals is proposed, which should contain four paths, the physical implementation of detection in which is performed by software implementation of detection algorithms and threshold processing and display of results. Noiselike signals and disturbances in noise direction finding tasks are considered, and the information obtained can be used for the future implementation of the system of noise direction finding of air objects in the LabView software environment. The third section of the work is devoted to technical solutions for the implementation of the UAV noise shielding device. The LabView software package was used to implement the device. LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) is a platform and development environment for the visual programming language of National Instruments (USA). The purpose of this language is to automate the use of computing and measuring laboratory equipment. The quality and advantages of the LabView software development environment were evaluated. The path of detection and direction finding is presented, which is the result of a scientific study of the methodology of acoustic detection of aerial objects. The scheme is outlined and its layout and operation according to this scheme are described. The implementation scheme of the detection and direction finding path is presented, their operation is described, and all the components of the scheme and their characteristics as part of the detection and noise direction finding device are described. A multi-component vector acoustic antenna for detection and direction finding devices is presented. This antenna can work as a device that provides registration of both scalar and vector characteristics. On the basis of the specified antenna, the application of additive operations is shown, which leads to the possibility of forming different types of directivity characteristics. It should be noted that this antenna, due to the use of additional receivers, can be classified both in the field of air and in the field of hydroacoustics. The fourth chapter is devoted to conducting experimental research, which took place through laboratory and field experiments. The preparation of the material base and scheme of the experiment, the assembly of the measuring stand and the results themselves are described. The appendices present the method of calculating the range for various possible options for the implementation and use of the device. The noise immunity of the acoustic antenna is determined and taken into account. A preliminary assessment of the resulting fault-signal situation was carried out. The presence of green spaces, engineering ground objects, turbulence is taken into account. And as a result, the predicted detection range of UAVs of various types (quadcopter and wing) was determined, which includes geometric and energy ranges. Field of application: acoustic measurements | |
| dc.format.extent | 187 с. | |
| dc.identifier.citation | Козак, А. В. Робота акустичних систем в умовах шумових навантажень : дис. … д-ра філософії : 171 Електроніка / Козак Андрій Віталійович. – Київ, 2023. – 187 с. | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/64425 | |
| dc.language.iso | uk | |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | |
| dc.publisher.place | Київ | |
| dc.subject | виявлення | |
| dc.subject | пеленгування | |
| dc.subject | БПЛА | |
| dc.subject | інтенсивність | |
| dc.subject | спектр | |
| dc.subject | повітряний шумопеленгатор | |
| dc.subject | прийомник градіенту тиску | |
| dc.subject | фаза | |
| dc.subject | амплітуда | |
| dc.subject | спектральні характеристики | |
| dc.subject | акустичні шуми | |
| dc.subject | методи пеленгування | |
| dc.subject | пристрої виявлення | |
| dc.subject | detection | |
| dc.subject | direction finding | |
| dc.subject | UAV | |
| dc.subject | intensity | |
| dc.subject | spectrum | |
| dc.subject | aerial sound locator | |
| dc.subject | gradient receivers of pressure | |
| dc.subject | phase | |
| dc.subject | amplitude | |
| dc.subject | spectral characteristics | |
| dc.subject | acoustic noises | |
| dc.subject | direction finding methods | |
| dc.subject | detection devices | |
| dc.subject.udc | 534.14 | |
| dc.title | Робота акустичних систем в умовах шумових навантажень | |
| dc.type | Thesis Doctoral |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 8.98 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: