Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 23
Тема хоть и не пятничная совсем, но спасибо.
Окончательно доплавил свой пятничный мозг.
Окончательно доплавил свой пятничный мозг.
> Эффект Доплера в обыкновенном его понимании отсутствует для электромагнитных волн
Он вполне присутствует, просто для его определения принимается во внимание только относительное движение источника и приёмника. А для звуковых волн — учитывается движение как источника, так и приёмника относительно среды.
Он вполне присутствует, просто для его определения принимается во внимание только относительное движение источника и приёмника. А для звуковых волн — учитывается движение как источника, так и приёмника относительно среды.
Он вполне присутствует, просто для его определения принимается во внимание только относительное движение источника и приёмника. А для звуковых волн — учитывается движение как источника, так и приёмника относительно среды.
Это и имелось в виду. При подсчете эффекта Доплера для звуковых волн основной параметр — третья среда. Как вы написали, по аналогии для электромагнитных волн средой должен быть воздух, однако они будто бы проходят «отдельно» от среды, так как вступают релятивистские законы и подсчет ведется не по отношенияю источник-среда-приемник, а источник-приемник. Поэтому для ЭМ волн эффект называется релятивистским эффектом Доплера.
Спасибо, было интересно почитать. Так просто выглядит, что кажется что от радаров до сонаров один шажочек.
Как я понял вы работаете на этом поприще? Если да, то парочка вопросов:
1. Как примерно применяются «шаблоны настройки радара»? хранятся таблицами?
2. Про преобразование луча непонятно описано, когда и в каком виде применяется окно Чебышева? К сигналу ли? Или к сигналам от каждого элемента решетки/подрешетки, значит ваша приемная антенна аналог АФАР?
3. Используются звуковые частоты. А какие примерно? Какая несущая и полоса?
4. Вот по последнему пункту:
Из контекста кажется что АРУ( кстати ВАРУ и ШАРУ применяется? или содержит всё?)=>демодуляция=>антиалиасинг делаются в аналоговом виде, потом конвертация в цифровой вид (АЦП?). Тут наверное недоразумение, ведь антиалиасинг — фильтр подавляющий эффекты децимации.
Про децимацию тоже ни слова. В радиолокации например сигнал децимируется до полосы сигнала.
Это странно, ведь при таких малых частотах можно позволить поставть АЦП в каждый элемент решетки и производить все вычисления в цифровом виде. Или если какие-то особенности связанные со звуком?
5. Если не секрет какие микроконтроллеры используются?
Ну и придирки тоже есть.
1. Эффект Доплера для электромагнитных волн — это и есть то самое обыкновенное понимание. Эффект Доплера применим к любым волнам распространяемым в какой либо среде. Для электромагнитных волн эта среда — воздух.
2. Обычно используется термин «согласованная фильтрация». Ведь сигнал согласован с импульсной характеристикой фильтра.
3. Согласованный фильтр и свертка на БПФ — это два кардинально разных алгоритма вычисления свертки(сжатия в контексте).
Извините, если я слишком критично отнесся к написано. Очень уж интересная тема.
Как я понял вы работаете на этом поприще? Если да, то парочка вопросов:
1. Как примерно применяются «шаблоны настройки радара»? хранятся таблицами?
2. Про преобразование луча непонятно описано, когда и в каком виде применяется окно Чебышева? К сигналу ли? Или к сигналам от каждого элемента решетки/подрешетки, значит ваша приемная антенна аналог АФАР?
3. Используются звуковые частоты. А какие примерно? Какая несущая и полоса?
4. Вот по последнему пункту:
Из контекста кажется что АРУ( кстати ВАРУ и ШАРУ применяется? или содержит всё?)=>демодуляция=>антиалиасинг делаются в аналоговом виде, потом конвертация в цифровой вид (АЦП?). Тут наверное недоразумение, ведь антиалиасинг — фильтр подавляющий эффекты децимации.
Про децимацию тоже ни слова. В радиолокации например сигнал децимируется до полосы сигнала.
Это странно, ведь при таких малых частотах можно позволить поставть АЦП в каждый элемент решетки и производить все вычисления в цифровом виде. Или если какие-то особенности связанные со звуком?
5. Если не секрет какие микроконтроллеры используются?
Ну и придирки тоже есть.
1. Эффект Доплера для электромагнитных волн — это и есть то самое обыкновенное понимание. Эффект Доплера применим к любым волнам распространяемым в какой либо среде. Для электромагнитных волн эта среда — воздух.
2. Обычно используется термин «согласованная фильтрация». Ведь сигнал согласован с импульсной характеристикой фильтра.
3. Согласованный фильтр и свертка на БПФ — это два кардинально разных алгоритма вычисления свертки(сжатия в контексте).
Извините, если я слишком критично отнесся к написано. Очень уж интересная тема.
Нет, не работаю. Я недавно просто сдавал экзамен по этому предмету, и пока свежи воспоминания, решил написать, так как когда я сам разбирался, было непросто найти доступную информацию ни в русскоязычных, ни в иностранных вариантах.
1. Шаблоны настройки сонара, в зависимости от того, какие они, применяются в разных его частях. Например, шаблон абсорбционной модели в согласующем фильтре. Перед применением шаблона сигнал переведен с помощью БПФ в сжатый вид. На счет того, как хранятся настройки — не знаю. Вероятно, это таблица, так как шаблон представляет собой линейные функции для коротких отрезков глубин (по сути, коэффициенты). Если смотреть на модель преломления, построенную по такому шаблону, это будет ломаная линия, которая будто бы луч переходит из одной среды в другую на каждом отрезке глубины.
2. Точно не знаю, на каком этапе применяется окно Чебышева. Каждый элемент решетки обрабатывается отдельно. Здесь и в следующих вопросах — не знаю некоторых русских аббревиатур по данной тематике.
3. Выбор частот зависит от множества деталей, диапазон от 100 Гц до 1 Мгц, по крайней мере формулы абсорбционной модели имеют такие границы. Чем больше частота — тем больше разрешение картинки, однако сигнал быстрее затухает и больше шум. По графикам я смотрю, сигнал не затухает довольно длительное расстояние (>500 м) уже после 1кГц.
4, 5. На счет антиалиасинга не знаю, микроконтроллеры то же. Однако микроконтроллеры, которые позволяют считать БПФ, вроде бы довольно известны.
1. По Доплеру выше ответил — по моим данным, для ЭМ используется источник-приемник без учета среды, поэтому эффект называется релятивистским и существенно отличается от рассматриваемого.
2. У меня есть подпункт про «Согласованный фильтр», там подразумевается она.
3. По моим данным, вначале происходит свертка БПФ, и в свернутом виде происходит согласование, схема на картинке ниже
1. Шаблоны настройки сонара, в зависимости от того, какие они, применяются в разных его частях. Например, шаблон абсорбционной модели в согласующем фильтре. Перед применением шаблона сигнал переведен с помощью БПФ в сжатый вид. На счет того, как хранятся настройки — не знаю. Вероятно, это таблица, так как шаблон представляет собой линейные функции для коротких отрезков глубин (по сути, коэффициенты). Если смотреть на модель преломления, построенную по такому шаблону, это будет ломаная линия, которая будто бы луч переходит из одной среды в другую на каждом отрезке глубины.
2. Точно не знаю, на каком этапе применяется окно Чебышева. Каждый элемент решетки обрабатывается отдельно. Здесь и в следующих вопросах — не знаю некоторых русских аббревиатур по данной тематике.
3. Выбор частот зависит от множества деталей, диапазон от 100 Гц до 1 Мгц, по крайней мере формулы абсорбционной модели имеют такие границы. Чем больше частота — тем больше разрешение картинки, однако сигнал быстрее затухает и больше шум. По графикам я смотрю, сигнал не затухает довольно длительное расстояние (>500 м) уже после 1кГц.
4, 5. На счет антиалиасинга не знаю, микроконтроллеры то же. Однако микроконтроллеры, которые позволяют считать БПФ, вроде бы довольно известны.
1. По Доплеру выше ответил — по моим данным, для ЭМ используется источник-приемник без учета среды, поэтому эффект называется релятивистским и существенно отличается от рассматриваемого.
2. У меня есть подпункт про «Согласованный фильтр», там подразумевается она.
3. По моим данным, вначале происходит свертка БПФ, и в свернутом виде происходит согласование, схема на картинке ниже
Прошу прощения, перепутал, в пункте 1 вместо абсорбционного описал шаблон, применяемый для оценки искривления в зависимости от изменения скорости луча. А когда и как именно считается абсорбционный шаблон — заранее с результатами в таблице или прямо на месте — не знаю, знаю только что он вычисляется на основе формулы Francois&Garrison. Формула довольно громоздкая, т.е. вряд ли она считается на месте, скорее всего тоже коэффициенты в таблице. Переменные в ней: частота, температура, глубина, соленость, отдает в ответ затухание в дБ/км.
Хочу отметить, что после БПФ мы получаем спектр сигнала, но никак не сжатый вид. Окно Чебышева необходимо для компенсации влияния боковых лепестков диаграммы направленности антенны, и применяется непосредственно в частотной области, т.е. после БПФ. Конкретно в вашей схеме оно, скорее всего, находится в Absorbtion Correction и умножено на абсорбционную модель. Блок Pulse Compression у вас есть не что иное, как Согласованный фильтр, реализованный в частотной области (алгоритм быстрой свертки), здесь осуществляется свертка двух сигналов (принятого и опорного), которая в частотной области эквивалентна произведению спектров (речь, разумеется, идет о циклической свертке). На выходе согласованного фильтра, таким образом, получают Корреляционный интеграл, он же «СЖАТЫЙ» сигнал.
Что такое свертка, виды сверток и быстрая свертка хорошо описано здесь
Что такое свертка, виды сверток и быстрая свертка хорошо описано здесь
Разрешите вас поправить, я сам просто работаю в этой области. Просто хочу внести ясность, чтобы все всё поняли.
Дело в том, что разрешающая способность по дальности определяется длительностью зондирующего импульса, чем короче сигнал, тем, соответственно, шире его спектр и выше потенциальная точность измерения дальности (в идеале это должна быть дельта-функция, которая имеет бесконечный спектр и технически нереализуема). Так вот, когда в качестве зондирующего импульса используется прямоугольный синусоидальный импульс, разумно уменьшать длительность импульса для повышения разрешающей способности по дальности, при этом происходит уменьшение энергии импульса и падает отношение сигнал/шум в приемном тракте, вследствие чего качество измерений падает, поэтому необходимо увеличивать амплитуду зондирующего сигнала пропорционально уменьшению длительности, чтобы обеспечивать приемлимое отношение сигнал/шум в приемном тракте. Но увеличение амплитуды невозможно производить долго, поскольку произойдет пробой передающего тракта и выход системы из строя)) Именно поэтому, в локации используются сложные сигналы, один из самых распространенных ЛЧМ-сигнал. Основная выгода применения подобных сигналов — обеспечение высокой разрешающей способности по дальности за счет широкого спектра. Здесь ключевое понятие — База сигнала. Так вот, чем шире спектр ЛЧМ и меньше его длительность — тем больше разрешающая способность по дальности, при этом необходимая энергетика в приемном тракте обеспечивается за счет хороших корреляционных свойств этого сигнала, а именно в согласованном фильтре осуществляется «сжатие» отраженного сигнала, иначе говоря вычисление корреляционного интеграла путем свертки принятого сигнала с ЛЧМ опорным сигналом с соответствующим сдвигом (опорная функция). Тем самым уменьшаются требования к передающему тракту и вместе с тем величина корреляционного пика, получаемого при использовании ЛЧМ, больше в БАЗУ раз по сравнению с корреляционным пиком, получаемым при использовании синусоидального прямоугольного импульса такой же амплитуды что и ЛЧМ. А это уже совсем другое дело!!! Кроме того ЛЧМ обладает рядом полезных свойств, которые используются при обработке локационных данных, например его структура (линейно изменяющаяся частота), позволяют хорошо наблюдать эффект Доплера и позволяет реализовывать, например, алгоритм устранения миграции дальности в локационных системах с синтезированной апертурой антенны и др.
Дело в том, что разрешающая способность по дальности определяется длительностью зондирующего импульса, чем короче сигнал, тем, соответственно, шире его спектр и выше потенциальная точность измерения дальности (в идеале это должна быть дельта-функция, которая имеет бесконечный спектр и технически нереализуема). Так вот, когда в качестве зондирующего импульса используется прямоугольный синусоидальный импульс, разумно уменьшать длительность импульса для повышения разрешающей способности по дальности, при этом происходит уменьшение энергии импульса и падает отношение сигнал/шум в приемном тракте, вследствие чего качество измерений падает, поэтому необходимо увеличивать амплитуду зондирующего сигнала пропорционально уменьшению длительности, чтобы обеспечивать приемлимое отношение сигнал/шум в приемном тракте. Но увеличение амплитуды невозможно производить долго, поскольку произойдет пробой передающего тракта и выход системы из строя)) Именно поэтому, в локации используются сложные сигналы, один из самых распространенных ЛЧМ-сигнал. Основная выгода применения подобных сигналов — обеспечение высокой разрешающей способности по дальности за счет широкого спектра. Здесь ключевое понятие — База сигнала. Так вот, чем шире спектр ЛЧМ и меньше его длительность — тем больше разрешающая способность по дальности, при этом необходимая энергетика в приемном тракте обеспечивается за счет хороших корреляционных свойств этого сигнала, а именно в согласованном фильтре осуществляется «сжатие» отраженного сигнала, иначе говоря вычисление корреляционного интеграла путем свертки принятого сигнала с ЛЧМ опорным сигналом с соответствующим сдвигом (опорная функция). Тем самым уменьшаются требования к передающему тракту и вместе с тем величина корреляционного пика, получаемого при использовании ЛЧМ, больше в БАЗУ раз по сравнению с корреляционным пиком, получаемым при использовании синусоидального прямоугольного импульса такой же амплитуды что и ЛЧМ. А это уже совсем другое дело!!! Кроме того ЛЧМ обладает рядом полезных свойств, которые используются при обработке локационных данных, например его структура (линейно изменяющаяся частота), позволяют хорошо наблюдать эффект Доплера и позволяет реализовывать, например, алгоритм устранения миграции дальности в локационных системах с синтезированной апертурой антенны и др.
ПОПРАВКА. Так вот, чем шире спектр ЛЧМ при некоторой малой фиксированной длительности — тем больше база и больше разрешающая способность по дальности, при этом необходимая энергетика в приемном тракте обеспечивается за счет хороших корреляционных свойств этого сигнала.
ИТАК, основное, что необходимо запомнить это то, что сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) несущей частоты, относятся к классу широкополосных сигналов, обеспечивающих высокую разрешающую способность по дальности без уменьшения длительности зондирующих импульсов. Это позволяет при относительно небольшой пиковой мощности передатчика сконцентрировать в импульсе большую энергию, собираемую в корреляционный пик сжатого ЛЧМ-импульса после его согласованной обработки, что не требует передатчика большой мощности (с дорогим трактом), излучающего короткий импульс.
ИТАК, основное, что необходимо запомнить это то, что сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) несущей частоты, относятся к классу широкополосных сигналов, обеспечивающих высокую разрешающую способность по дальности без уменьшения длительности зондирующих импульсов. Это позволяет при относительно небольшой пиковой мощности передатчика сконцентрировать в импульсе большую энергию, собираемую в корреляционный пик сжатого ЛЧМ-импульса после его согласованной обработки, что не требует передатчика большой мощности (с дорогим трактом), излучающего короткий импульс.
Отличное пояснение. Спасибо.
Так вот, чем шире спектр ЛЧМ и меньше его длительность — тем больше разрешающая способность по дальности
Раз уж в ЛЧМ важна именно частота, то можно ли использовать однобитные зондирующие импульсы?
Например, чтобы излучать их не дорогим аудиокодеком, а дешевым пьезокерамическим звуко-излучателем от GPIO или формировать отправкой по SPI в режиме DMA.
при этом необходимая энергетика в приемном тракте обеспечивается за счет хороших корреляционных свойств этого сигнала,
Да. Вот Автокорреляция несимметричного ЛЧМ.
Сигнал во временной области
необходимая энергетика в приемном тракте обеспечивается за счет хороших корреляционных свойств этого сигнала, .........................вычисление корреляционного интеграла путем свертки принятого сигнала с ЛЧМ опорным сигналом с соответствующим сдвигом (опорная функция).
Существуют ли микроконтроллеры с потоковым аппаратным коррелятором на несколько тысяч 16-битных семплов?
Существуют ли ASIC микросхемы с управлением по SPI / I2S с потоковым аппаратным коррелятором на несколько тысяч 16ти битных семплов?
Не совсем к теме поста, но кто-нибудь в курсе целесообразности и возможности вообще использования гидроаккустических модемов в радиоуправляемых погружаемых моделях?
Т.е. от погруженной модели к бую на поверхности водоема тянуть не трос, а организовать гидроаккустический канал связи? А уже от него обычный радиоканал до пульта управления?
Т.е. от погруженной модели к бую на поверхности водоема тянуть не трос, а организовать гидроаккустический канал связи? А уже от него обычный радиоканал до пульта управления?
Это более чем реально. Используя ультразвуковые сигналы под водой и пару цифровых сигнальных процессоров, в модели — для дешифровки сигнала, в буе — для преобразования управляющего радиосигнала в управляющий ультразвуковой. Аналогично можно построить обратный канал для телеметрии, например)) Для передачи управляющих команд надежнее всего использовать кодовые последовательности импульсов.
Вы так глубого копнули в физику и математику процесса при объяснении собственно работы сонара, но вводная часть про распространение звука на этом фоне звучит несколько скромно.
Перед простым перечислением факторов (глубина, соленость) можно добавить, что непосредственным условием является плотность среды, на которую уже влияют и глубина, и соленость, и любые неоднородности (температуры, скорости движения, содержания твердых частиц).
Перед простым перечислением факторов (глубина, соленость) можно добавить, что непосредственным условием является плотность среды, на которую уже влияют и глубина, и соленость, и любые неоднородности (температуры, скорости движения, содержания твердых частиц).
Перечитал еще раз, возник вопрос относительно того, используются ли какие-то дополнительные системы для учета эффекта Допплера?
Например, определение скорости по судна по дифференциальному GPS. Это было бы логично.
Например, определение скорости по судна по дифференциальному GPS. Это было бы логично.
Осталось рассмотреть такое странное явление как «термоклин» — ru.wikipedia.org/wiki/Термоклин, и как его преодолеть.
Чем больше температура, соленость, глубина, т.е. чем выше плотность водыМожет наоборот, чем ниже температура тем выше плотность. Или я что-то не понимаю.
> Длиной волны называется расстояние, которое волна проходит во время одного колебания. А время, за которое она проходит это расстояние, называется периодом.

> Основная идея: нужно таким образом сформировать сигнал, чтобы переместить энергию из боковых лепестков в основной, тем самым уменьшив и уровняв боковые лепестки по амплитуде. Это делается с помощью предустановленных паттернов (так называемых «окон»), через которые пропускается сигнал.
Ну вот как так-то? Вы вообще на какую аудиторию статью рассчитывали? Кто этот гость из параллельной реальности, кто не знает, что такое длина волны, зато с лёгкостью по двум предложениям догадается, как надо пропускать сигнал через окно Чебышёва, чтобы он бил кучнее?
Нет, ну серьёзно. Я могу представить, как мне пропустить сигнал во времени через окно Чебышёва, хоть я и в душе не представляю, что это за окно, но ежели приспичит, это можно раскурить. Но вы-то рассуждаете в терминах пространства! А в пространстве у нас, насколько я понимаю, один, грубо говоря, круглый кусок керамики, к которому мы подводим опять же ровно один электрический сигнал, как-то зависящий от времени. Что из этого мне надо пропускать через окно? Сигнал во времени? А как это мне даст сужение пучка в пространстве? Или надо волну в пространстве пропускать через окно? А как это сделать? Какую-то механическую конструкцию городить наподобие интерференционной пластинки? Или ещё как-то?
Заранее благодарен.

> Основная идея: нужно таким образом сформировать сигнал, чтобы переместить энергию из боковых лепестков в основной, тем самым уменьшив и уровняв боковые лепестки по амплитуде. Это делается с помощью предустановленных паттернов (так называемых «окон»), через которые пропускается сигнал.
Ну вот как так-то? Вы вообще на какую аудиторию статью рассчитывали? Кто этот гость из параллельной реальности, кто не знает, что такое длина волны, зато с лёгкостью по двум предложениям догадается, как надо пропускать сигнал через окно Чебышёва, чтобы он бил кучнее?
Нет, ну серьёзно. Я могу представить, как мне пропустить сигнал во времени через окно Чебышёва, хоть я и в душе не представляю, что это за окно, но ежели приспичит, это можно раскурить. Но вы-то рассуждаете в терминах пространства! А в пространстве у нас, насколько я понимаю, один, грубо говоря, круглый кусок керамики, к которому мы подводим опять же ровно один электрический сигнал, как-то зависящий от времени. Что из этого мне надо пропускать через окно? Сигнал во времени? А как это мне даст сужение пучка в пространстве? Или надо волну в пространстве пропускать через окно? А как это сделать? Какую-то механическую конструкцию городить наподобие интерференционной пластинки? Или ещё как-то?
Заранее благодарен.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Принципы работы сонаров и подводная акустика: как, зачем и почему