Phương pháp xử lý tín hiệu và tạo ảnh 3D cho các vật thể dưới nước bằng công nghệ sonar chủ động
Method for processing signals and creating 3D images for underwater objects using active sonar technology
Abstract
Bài báo đề xuất phương pháp xử lý tín hiệu và dựng ảnh 3D của các vật thể dưới nước bằng cách sử dụng công nghệ nhận dạng và định vị bằng sóng âm sonar. Phương pháp tạo ảnh 3D của các vật thể dưới nước đề xuất trong bài báo được thực hiện bằng cách sử dụng nhiều đầu thu tín hiệu sóng âm (cũng được gọi là ăng ten thu tín hiệu sóng âm), và một số đầu phát tín hiệu sóng âm (cũng được gọi là ăng ten phát tín hiệu sóng âm) nhằm mục đích thu thập dữ liệu để tạo ảnh 2D hoặc 3D có độ phân giải lớn. Dựa trên dữ liệu thu được từ hệ ăng ten đa điểm thu ở dưới nước, thuật toán tạo ảnh 2D sẽ tính toán giá trị ma trận điểm ảnh trên cơ sở độ mở búp sóng quét, khoảng cách điểm phản xạ phát hiện được, tốc độ di chuyển của tàu, v.v. Sau khi xác định được giá trị ma trận ảnh, bức ảnh quét được dựng trong không gian 3D. Các kết quả thực nghiệm được thực hiện ở một số vùng hồ nước sâu như hồ Hòa Bình, hồ Đồng Đò, và vịnh Hạ Long.
References
I. G. Bryden, “An active sonar system using acvd beamforming,” Applied Acoustics, vol. 27, no. 4, pp. 275–285,
M. Caccia, G. Bruzzone, and G. Veruggio, “Active sonarbased bottom-following for unmanned underwater vehicles,” Control Engineering Practice, vol. 7, no. 4, pp. 459–468, 1999.
E. J. Sullivan, Active Sonar, pp. 1737–1755. New York, NY: Springer New York, 2008.
B. H. Maranda, Passive Sonar, pp. 1757–1781. New York, NY: Springer New York, 2008.
G. Marani, S. K. Choi, and J. Yuh, “Underwater Autonomous Manipulation for Intervention Missions AUVs,” Ocean Engineering, vol. 36, no. 1, pp. 15–23, 2009.
D. W. Kim, “Tracking of REMUS Autonomous Underwater Vehicles with Actuator Saturations,” Automatica, vol. 58, no. C, pp. 15–21, 2015.
N. Q. Khuong and N. V. Duc, “Phuong phap thiet ke he thong quet anh cac vat the duoi nuoc su dung dong thoi nhieu dau thu phat tin hieu song am,” Bằng độc quyền sáng chế số 39938 do Cục Sở hữu trí tuệ cấp ngày 26.04.2024.
N. Q. Khuong and N. V. Duc, “Phuong phap quet anh khong gian ba chieu su dung cong nghe nhan dang va dinh vi song am duoi nuoc,” Bằng độc quyền sáng chế số 39939 do Cục Sở hữu trí tuệ cấp ngày 26.04.2024.
N. Van Duc and N. Khuong Quoc, “Hệ thống sonar chủ động sử dụng đồng thời nhiều đầu thu phát tín hiệu sóng âm,” Chuyên san Công nghệ thông tin và truyền thông - Tạp chí Công nghệ thông tin và truyền thông, 2024.
V. D. Nguyen, N. M. Luu, Q. K. Nguyen, and T.-D. Nguyen, “Estimation of the acoustic transducer beam aperture by using the geometric backscattering model for side-scan sonar systems,” Sensors, vol. 23, no. 4, 2023.
S.-C. Yu, T.-W. Kim, G. Marani, and S. K. Choi, “Realtime 3d sonar image recognition for underwater vehicles,”
in 2007 Symposium on Underwater Technology and Workshop on Scientific Use of Submarine Cables and Related
Technologies, pp. 142–146, 2007.
Z. Li, B. Qi, and C. Li, “3d sonar image reconstruction based on multilayered mesh search and triangular connection,” in 2018 10th International Conference on Intelligent Human- Machine Systems and Cybernetics (IHMSC), vol. 02, pp. 60– 63, 2018.
M. Sung, J. Kim, H. Cho, M. Lee, and S.-C. Yu, “Underwater-sonar-image-based 3d point cloud reconstruction
for high data utilization and object classification using a neural network,” Electronics, vol. 9, no. 11, 2020.
J. G. Moss, “Sonar bathymetry system transmit-receive sequence programmer,” U.S. Patent US3500302A, 1969.
A. Lorenson and D. Kraus, “3d-sonar image formation and shape recognition techniques,” in OCEANS 2009-EUROPE, pp. 1–6, 2009.
E. Coiras, Y. Petillot, and D. M. Lane, “Multiresolution 3-d reconstruction from side-scan sonar images,” IEEE Transactions on Image Processing, vol. 16, no. 2, pp. 382–390, 2007.
V. D. Nguyen, H. L. N. Thi, Q. K. Nguyen, and T. H. Nguyen, “Low complexity non-uniform fft for doppler compensation in ofdm-based underwater acoustic communication systems,” IEEE Access, vol. 10, pp. 82788–82798, 2022.
A.-A. Saucan, C. Sintes, T. Chonavel, and J.-M. Le Caillec, “Model-based adaptive 3d sonar reconstruction in reverberating environments,” IEEE Transactions on Image Processing, vol. 24, no. 10, pp. 2928–2940, 2015.
I. Rahaman, M. S. Hossain, M. Y. Hossain, and N. Hosen, “Performance enhancement of active sonar system in under water environment using spherical hydrophone array,” in 2019 5th International Conference on Advances in Electrical Engineering (ICAEE), pp. 628–632, 2019.
C. Y. Nguyen, H. V. Do, V. D. Nguyen, and H. A. Muzamane, “Underwater ambient noise model and verification in the underwater ofdm system,” in 2017 International Conference on Information and Communications (ICIC), pp. 233–239, 2017.
B. I. INC, “Bii-7560 series echo sounder transducer: Broadband & high power datasheet,” Available
online: https://www.benthowave.com/products/BII-7560echosounder.html.
