Локализация неизвестного источника

Пусть источник излучает равномерно во все стороны энергию, которая измеряется в двух точках, разделенных расстоянием (рисунок 3.3).

– угол падения; – расстояние между приемниками,

Рисунок 3.3 – Определение угла падения

Если скорость распространения энергии известна, то запаздывание между двумя выходными сигналами, входит в приближенное соотношение (при расстоянии до источника в 10 раз большем, чем расстояние между приемниками)

, (3.9)

откуда угол падения энергии определяется из равенства

. (3.10)

В свою очередь запаздывание двух выходных сигналов,, вызванных одним входным сигналом, можно вычислить, исходя из взаимной ковариационной функции или взаимной спектральной плотности, (п.3.2).

Конечно, источник энергии не лежит на линии, определяемой углом падения, а находится на гиперболической поверхности. Точное определение местонахождения источника в трехмерном пространстве потребует подобных измерений угла в трех ортогональных парах выходных точек.

На практике применение полученных результатов к локализации ненаблюдаемого источника наталкивается на ряд трудностей. Рассмотрим некоторые из них.

1. Распределенность источника. Если размеры фактического источника велики по сравнению с расстоянием до него от точек наблюдения выходных процессов и источник не является полностью когерентным, то он будет воспринят на выходах как набор некоррелированных источников. Это приведет к искажениям в определении фазы.

2. Искажение выходных сигналов шумом. Присутствие статистически независимого (внешнего) шума в измерениях выходных сигналов и (что типично для инструментального шума) не изменяет фазы. В то же время шум в выходных сигналах, коррелированный с ними, как правило, данные фазовых измерений искажает. Наиболее распространенный вид искажающего шума – диффузный шум, порожденный большим числом независимых источников шума, окружающих точки наблюдения выходных процессов и и воздействующих на них.

3. Эффекты реверберации и рассеяния. Реверберация сказывается в том случае, когда приемники сигнала окружены отражающими поверхностями, многократные отражения от которых приводят к сильному искажению сигналов и. Реверберация искажает фазовый угол между двумя наблюдениями и, поскольку приемники выходных сигналов регистрируют волны, приходящие с направлений, отличных от направления на источник.

Наибольший вред вносят отражения от поверхностей, находящихся позади приемников выходных сигналов. Поэтому путем установки поглотителей позади приемников сигналов можно свести реверберацию к приемлемому уровню.

Помимо реверберации трудности может вызвать появление на пути между входом и выходами каких-либо препятствий или неоднородностей, вызывающих рассеяние энергии. Это также отрицательно сказывается на точности измерений фазы.

4. Фазовая нестабильность аппаратуры измерения. Тщательная калибровка оборудования, предназначенного для получения и анализа данных, очень важна при обработке любых сигналов. Однако при решении задач локализации источника особое значение имеет калибровка оборудования по фазе, поскольку именно данные о фазе представляют в этом случае первостепенный интерес.

Ошибки при измерении фазового угла между сигналами и могут появиться в любой части системы, предназначенной для получения и анализа данных, включая датчики, оборудование для предварительной обработки информации, аппаратуру записи и воспроизведения данных и т.д. К серьезным последствиям приводит относительный фазовый сдвиг между двумя инструментальными каналами, определяющими сигналы и.

Для получения правильных результатов можно повторить измерения, поменяв датчики местами. Тогда истинное значение фазового угла между сигналами и определится как

, (3.11)

где – результаты измерений фазового угла при различном положении датчиков.

Дата добавления: 2014-01-06