Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng doppler cho kênh

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm2 2.5 Bề r ng ổ ịnh về th i gian của kênh ..... Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Dop

1

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

LỜI NÓI ĐẦU 8

C N T N QUAN VỀ Ệ THỐNG THÔNG TIN THỦY ÂM 10

1.1 ủa hệ thống thông tin thủy âm 10

1.2 ố ả ướng tới kênh thông tin thủy âm 11

1.3 Sóng âm thủy âm 12

1.3.1 Phân loại sóng âm 13

1.3.2 Vận tốc củ ủy âm 13

1.4 Quá trình truyền sóng âm 16

1.4.1 ư ủ ề 17

1.4.2 ư 20

1.4.3 ề ống dẫ 21

1.4.4 ư ề 22

1.4.5 ư ả ư 23

1.4.6 ợp bởi tia tớ ản xạ 24

C N N TRU ỀN ẪN THỦY ÂM 25

2.1 Đ ư ng thủy âm 25

2.1.1 Suy hao trả ọc 26

2.1.2 28

2.1.3 Sự suy giả ắ 35

2.1.4 Hệ số phản xạ ệ số ề 36

2.1.5 Hệ số phản xạ ạ ư ng tru ề ẫn 38

2.1.6 ạ ề ạ 40

2.1.7 Đ ợi (Path gain) 41

2.2 Ả ưởng của nhiễ ư ến kênh truyền dẫn thủy âm 41

2.3 Hiệu ứng Doppler 43

2.4 Kênh ph thu c th i gian 46

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

2

2.5 Bề r ng ổ ịnh về th i gian của kênh 47

2.6 C ê ản 48

2.6.1 Kênh theo phân bố Rayleigh 48

2.6.2 Kênh theo phân bố Rice 48

2.7 Kết luận 49

C N C C T UẬT ĐIỀU C Ế 50

3.1 Kỹ thuậ ề ế số 50

3.2 Đ ề ế QAM 50

3.3 OFDM 54

3.3.1 Nguyên lý ghép ê hệ thống 54

3.3.2 Đ ề ế ở 56

3.3.3 Biế ổi Fourier 57

3.3.4 Khoảng bảo vệ (GI- Guard Interval) 60

3.3.5 Đ 61

3.3.6 Đ ề ế OFDM phía phát 63

3.3.7 Giả ề ế 64

3.4 Kết luận 65

C N 4 MÔ P ỎNG HỆ THỐNG 66

4.1 Lý thuyết mô phỏng 66

4.1.1 Khảo sát kênh truyền dẫn thủy âm 66

4.2 Kiến trúc hệ thống 67

4.2.1 B phát 67

4.2.2 B thu 69

4.3 Kết quả mô phỏng 71

4.3.1 Mô hình tham chiếu 71

4.3.2 Các tham số mô phỏng 73

4.3.3 Phỏng tạ ứng xung của kênh truyền 74

4.3.4 Phỏng hàm truyề ạt của kênh theo th i gian và t n số 75

4.3.5 Phỏng tạo nhiễu màu 76

4.3.6 Khảo sát sự ph thu c của SER vào SNR 80

KẾT LUẬN 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

3

LỜI CAM ĐOAN

các kết quả nghiên cứ ư ậ ựa trên các kết quả ược trong quá trình nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép b t kỳ kết quả nghiên cứu của tác giả khác N i dung của luậ ảo và sử d ng

m t số thông tin, tài liệu từ các ngu n sách, tạ ược liệt kê trong danh m c các tài liệu tham khảo

Nguyễn Thị Thủy

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

STT Từ viết tắt Giải nghĩa tiếng Anh Giải nghĩa tiếng Việt

1 OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo t n số trực giao

3 DFT Discrete Fourier Transform Biế ổi Fourier r i rạc

4 FFT Fast Fourier Transform Biế ổi fourier nhanh

5 IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biế ổi Fourier r i rạc

10 ISI InterSymbol Interference Nhiễ ê ý ư

11 MSK Minimum Shift Keying Đ ều chế ị ự

12 PAM Pulse Amplitude Modulation Đ ề ê ê

13 PSK Phase Shift Keying Đ ề ê ố theo pha tín

hiệu

14 QAM Quadrature amplitude modulation M t kỹ thuậ ều chế

ê

15 SNR Signal Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

5

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 Giá trị bt của từng loạ 35

Bảng 2 2 Giá trị hệ số K, n theo từng loại y kh nhau 36

Bảng 3 1 Bảng ánh xạ d liệu mức QAM4 52

Bảng 3 2 Bảng ánh xạ d liệu mức QAM16 53

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

6

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hinh 1 1 Hệ thống thông tin thủ ử 10

Hinh 1 2 Sự ủa nhiệ ủ ước bi n 11

Hinh 1 3 Sự ổi củ 12

Hinh 1 4 Lan tr ề ư ng vậ 13

Hinh 1 5 Sự ủa vận tố ệ 14

Hinh 1 6 Tố ệ 15

Hinh 1 7 Sự ph ủa tố ủ ước 16

Hinh 1 8 Di chuy n của hạt từ vị ới vị 17

9 ưở ề ớ ê 21

Hinh 1 10 Hiệ ượ ư ư ước 22

ư ý ết tia 23

Hình 2 1 Hệ số h p th 0 f ư ước 26

Hình 2 2 Suy hao theo phân bố ở ước sâu 27

Hình 2 3 Suy hao theo phân bố ư ước nông 28

Hình 2 4 Hệ số thức Thorp 30

Hình 2 5 Hệ số suy giả ố (công thức Francois và Garrison) 33

Hình 2 6 Hệ số suy giả ổ ệ 00C - công thức Francois và Garrison 33

Hình 2 7 Hệ số ổ ệ 00C - công thức 34

Hình 2 8 Hệ số suy hao theo các mô hình khác nhau (T=4oC, D=1000m, pH=8) 34

Hình 2 9 Phản xạ ạ tạ ỏng 37

Hình 2 10 Nhiễ ư ng cho với nh ố ận tố 43

Hình 2 11 Mậ phổ của tín hiệu thu 44

Hình 2 12 Hàm tự ư i gian của kênh trong sự so sánh với bề r ng ổn ịnh về m t th i gian của kênh 47

ều chế QAM 51

Đ ề ế OFDM với nguyên lý trực giao 54

7

ối hệ thống OFDM 55

Hình 3 4 Quan hệ ố ố 56

Hình 3 5 OFDM symbol và khoảng bảo vệ nhằm tránh nhiễu ISI 61

Hình 4 1 Hệ thống mô phỏng 67

Hình 4 khối b phát 67

Hình 4 3 Mô hình kênh truyề ư ng thủy âm 69

4 4 khối b thu 69

Hình 4 5 Hàm công suât trễ (power delay profile) củ ê ước nông 73

Hình 4 6 ư ố ủ ê ủ 74

Hình 4 7 ư ủ ê ủ 75

Hình 4 8 Hàm truyề ạt của kênh ứng vớ f 8 K 75

Hình 4 9 Nguyên lý mô phỏng nhiễu màu 77

Hình 4 10 Phổ của nhiễu màu thực tế và của mô hình 1 β f 78

Hình 4 11 Phổ của nhiễu màu mô phỏng và theo lý thuyết 78

Hình 4 12 Tín hiệu nhiễu màu mô phỏng miền th i gian 79

Hình 4 13 Phổ tín hiệu nhiễu màu trong miền t n số 79

Hình 4 14 SER biế ổi theo SNR t n số sóng mang f014kHz 80

Hình 4 15 SER biế ổ ổi vận tốc dịch chuy n gi a 81

Hình 4 16 SER biế ổi theo SNR ứng với các t n số sóng mang khác nhau 83

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

8

LỜI NÓI ĐẦU

Cu c cách mạng khoa học kỹ thuật và công nghệ ễ ng trên toàn thế giới với sự phát tri n mạnh mẽ của nhiều ngành khoa học, c biệt là thông tin liên lạc và truyền thông ư ng truyền sóng ngày càng ạng phong phú: truyền trên m t, qua t ện li, t ối ư t hay qua vệ tinh Trong kỹ thuật truyền tin thủy âm, liên lạc gi a các tàu ng m với nhau, liên lạc gi a tàu ng m vớ t liền, phát hiện vật cản khi chuy ng ở các ướng khác nhau:

ũ ng tàu, bên phải, bên trái… ý ĩ ết sức quan trọng trong thực tiễ ũ ư nghiên cứu khoa học Hiện nay việc nghiên cứu về kỹ thuật âm

ướ ướ ượ ước lớn trên thế giớ c biệ ư ê nhu c u chế tạo tàu ng m hạ ũ ư ũ ướ ước, giám sát về mức

ôi nhiễ ước bi n, khai khoáng, phòng chố ê ư n, bão, trợ giúp các hoạ ịnh vị ưới bi n…Tuy nhiên, do sự khác biệ ớn về

ủ ư ê ạ ư ướ ướ ê ệ sử

ế ệ áp d ng ngay cho thông tin thủy

âm ừ ự ế mà tác giả ã ọ ề tài: “Xây dựng các đặc

tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm” Đ

ê ứ ệ thống thông tin thủy âm hiệ ề

ứ ủa hệ thống thông tin thủy âm ở ướ ê ế ớ ế

ỏ ạo kênh ề ế ố trong

hệ thống thông tin thủy âm ư: ố sử

ư ễu ê ề N ược chia thành 4 ư

1 Tổng quan về hệ thống thông tin thủy âm

2 Kênh truyền dẫn thủy âm

3 C ĩ ậ ều chế

4 Mô phỏng hệ thống kênh truyền dẫn thủy âm

9

Trong quá trình thực hiệ án này, m ã t cố gắ ư ắc chắn không

th ược nh ng thiếu xót do nhận thức chư ề m t n nên em r t mong muố ược sự chỉ dẫn của các th y cô Em xin gửi l i cả

ến các th y giáo PGS.TS Nguyễn Văn Đức và TS Nguyễn Quốc hương là ư ã ực tiế ướng dẫn và góp ý sửa ch a, ỡ lớ em có

th hoàn thành luậ E xin chân thành cả y!

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

10

C N T N QUAN VỀ Ệ THỐNG

THÔNG TIN THỦY ÂM

C ư ẽ ạ ề ẫn thủy âm ế ố ảnh ưởng

ế ệ thố ượ ổ ề ệ thống

1.1 Vai t ủa hệ thống thông tin thủy âm

ước sự phát tri n mạnh mẽ của nhiều ngành khoa họ c biệt là thông tin liên lạc và truyền thông Kỹ thuật truyền tin thủy âm có vai trò hết sức quan trọng trong thực tiễ ũ ư ê ứu khoa học, các hoạ ưới bi n, liên lạc gi a các tàu ng m với nhau, liên lạc gi a tàu ng m với

t liền, ề ế ị ự ậ ệ ề ư ng ự

ề ề ướ ẽ ư ổng quan về

hệ thống thông tin thủy âm

Hinh 1 1 Hệ thống thông tin thủ ng ng

11

1.2 Nh ng th ng ố ảnh hướng tới kênh thông tin thủy âm

Các thông số của môi ư ng ảnh ưởng ự ế ọ ê ủa

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

12

Nhiệ giả vớ ự ướ ứ giảm

ư ự ư ệ ũ ố ổ ề Ở Việ ề ổ ê

ũ ổ ề ượ ả

ở [2]:

Hinh 1 3 Sự a đổi của đ ặn đ sâu ( South Atlantic Ocean) [15]

Đư ễ ự ổi củ ứ ạ Đ ị giảm mạ ạ ướ ẹ sâu

1.3 Sóng âm thủy âm

T ư ướ ện từ bị suy giảm r t nhanh do bị h p th mạnh nên việc thông tin thủy âm ự ế ự ện ượ ằ ệ ừ

ư ng Sóng quang học tuy không có suy hao lớn trong môi ư ng ướ ư ạ

ị ễu bởi hiện ượ ạ Vì thế truyền th ều khi n dò tìm thủy âm

Hinh 1 4 an ền ng ng ường vậ c [1]

1.3.1 Phân loại sóng âm

Cũ ố ư ện từ, sóng âm chiếm m t dải t n số r t r ng Tuỳ theo

ư n số ng nhiệt của mạng tinh th

1.3.2 Vận tốc của ng thủy âm

Vận tốc ư ng ướ ổ ị ư vận tố ẽ ế ê ừ 4 0 ớ 40 ê ổ

ỏ ận tố ũ ả ưở ớn tớ ề ở ước.Vận tốc ướ ã ượ ở ề hình toán học khác nhau ư ượ

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

T là nhiệ C

ư K ượ ứ ề các công ứ

ị ới hạn bởi việc chỉ ị

ắc củ ị chỉ ị mậ của tố ừ màu xanh

tớ ỏ ễ ự ủa tố

Hinh 1 5 Sự c của vận tốc ng n ệ đ đ ) [2]

15

Hình 1.6 ố ướ ả ị cố

ị 00 ổ ừ 400 700 m/s, vớ ê 8 nhiệt trên 0 C Ngoài ra, Hình 1.6 ũ chỉ ằ tố âm

ự của nhiệ môi ư ng

Vớ Đ ệt Nam, nhiệ ủ ướ ổ ề theo các chu kỳ ị ư ê ả

ị ắ ề ề ũ

ề ư ố ê 0 40 (trung 0 0 C

Dù tố ả nhiệ ư ề nhiệ ố ố ề ố ối vớ

ệ ướ 000 ổ ư 400 60

Hinh 1 6 Tốc đ an c n ệ đ đ )[2]

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

1.4 Quá trình truyền sóng âm

Quá lan ề âm trong môi ư ủ ư c mô ả

dưới ạ toán ọ ằ phư ng g, các tham ố v ề k ệ b

ủ ư ng ỏ mãn ề k ệ môi ư ủ ở ừ khu ư c khác

nhau

Hinh 1 8 Di chuyển của hạt từ vị ới vị [5]

Với kí hiệu là áp su t và là mậ ược các quan hệ sau:

(1.2) Trong : P : Áp su t tổng c ng g

0

P : Áp su ĩ

P : ổi áp su t

Và: (1.3) : : Áp su t tổng c ng

: Áp su ĩ : ổi áp su t

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

 

    (1.12) Trong môi ư ỏ lý ưởng ng c ẽ ở vận tố

âm Trong nh ng phư ng trên,  mật v vận tốc hạt, p áp

v chỉ số s hiện phư ng ạo riêng thủy ng ư c ư c xác ị

ề kiện entropy không ổi

Với pp0 và 0 ư ở thành

p  c2  (1.13) Coi th i gian của nh ng thay ổi ở môi ư ng lớn h n ề so với

th i gian của việc lan ề âm, giả thiê t thêm ằ các của vật liệu

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

2 2

2

P P p

A : biên tại ngu n

Đ nghiệm thu ư c thỏa mãn ề kiện b , ta thêm ề kiện b v

phư ng Helmholtz Đ ề kiện ở là: áp giảm về 0 tại ề m t v

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

Nó ph vào hai hiệu ứng: phản xạ âm thanh ở ề m t, ở phản xạ với

b kỳ vật o, v khúc xạ âm thanh tr ước ư mô tả 1.10

ỗ ư ng truyề có nh ng trưng riêng của mình, chẳng hạn ư sự lan truyề tốc trải trễ Vì vậy, mô hình kênh c phải ư c xem xét cho từng vùng nước (nước nông, ước sâu)

Hinh 1 10 Hiện ượng đa đường trong môi ường nước [7]

ư ã ề nguyên nhân gây ra hiện tư ng ư ng: phản

xạ của của ề m khúc xạ, do các vật trong nước … Tuy nhiên,

p với môi ư ng nước ở Việt Nam- các v ng thủy âm không quá sâu, ẽ hai ế tố gây nên hiện tư ng ư ng: ự phản xạ tại m môi ư ng ề dẫn

23

1.4.5 Phương h ảnh gương

ư trên 1.4.1 ã ề cách mô tả quá ề

âm thủy âm Tuy nhiên, án này về phư ng pháp ảnh gư ng Phư ng

pháp này có khả ng áp với phạm vi ng, ng th i ũ giúp ta m

cái ư c quan về ề âm thủy âm

Do phản xạ của ề m v ta coi hai ề m ư hai m gư ng

phản xạ hiệu giống hiệu ư c phản xạ ề trước khi

tới máy vẽ ưới giúp dung n về ư ng pháp

Hinh 1 11 n đa đường ết tia [6]

Khác với phư ng pháp ảnh gư ng trong môi ư ng trên cạn, trong môi

ư ng thủy âm, (mô suy hao nước nông) âm thanh ẽ ị phản xạ ề

gi a hai m phản xạ v tạo ra vố số các hiệu phản xạ ề từ ngu n từ

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

1.4.6 hợp bởi tia tới t hản xạ

Trên 1.11, các g ã ư c minh họa r Giá ị của các g

ư c ư sau[5]:

1 1

m

D m z z tan

m

D m z z tan

m

D m z z tan

z s : sâu của máy theo n vị m

: sâu của máy phát, ũ theo n vị m r: khoảng cách máy thu phát, theo n vị m

ừ nh ng phư ng tr trên ta nhận ằ g:

-Hệ số phản xạ bề m t ̂ chịu ả ưởng của nhiều yếu tố ư: ận tốc gió, t n số

và góc gi a tia tớiv à bề m t

-Hệ số phản xạ ạ ớ ề ản xạ

25

C N KÊNH TRU ỀN DẪN THỦY ÂM

ệ v ủ các ủ kênh truyề giúp ta ư c

ng ế kế p, ệ ả các k ế trúc máy thu, máy phát ũ ư

ế ị khác ng trong ệ ống

Chư ng 2 ẽ về ế ố ả hư ng ế quá ề

âm Các ế ố bao g m: fading, suy hao, ễ các ế ố về môi trư ng,

h ệ ứng Doppler ệ ti m về các củ kênh truyê n ẽ giúp ta

ở mô ỏng v giá kênh truyê n

2.1 Đ c tính suy hao trong môi t ường thủy âm

Suy hao trong môi ư nước ẽ ả ưở ế ề ế ố ệ là

cự ly thông ậ ệ âm khi ề trong môi ư nước ẽ

ị ả ưở ớn ủ suy hao

Hệ ố hao:

ệ ố suy hao củ kênh ng âm trong môi ư ủ thuô c vào

k ảng cách máy phát và máy thu và t ố làm v ệ ư sau[4].:

  , k  d

A d f  d a f (2.1) : d là khoả cách tuyế ư truyề dẫ

+ f là tâ ố

+ k là ệ ố ạ vào hình dạ ị lý củ môi ư truyề ẫ (có giá trị khoảng ừ 1.5 ế 2) ệ ố ư

ề ê ạ ệ ố ũ

+a(f) ệ ố ệ ư ở

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

Hình 2 1 Hệ số h p th 10 log a ( f ) ng ường nước [7]

2.1.1 Suy hao trải h nh học

Đ giá ả ưở ủ suy hao m xác ư

ta chia suy hao nh các ạ khác ự ê ế ố về môi ư

ư sâu, khoả ề ề ả ưở tới suy hao ệ C hai thư c suy hao ề ẽ ượ ả ướ

a Suy hao cầu

Mô suy hao ư c áp cho v ng nước sâu Trong

m suy hao mậ lư ng ư c xác ị ư sau [5]:

Trong môi ư ước nông, khi khoảng cách truyề lớn, lư n

âm xu hướng bị giới hạn ở hai m phẳ là: m nước và m ọ

ả ạ L mô suy hao trong môi ư nước nông là suy hao do

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

hr





Với mô suy hao phân ố mậ công ỉ ệ ng ị với r theo

dB suy hao trong ư p ẽ :

và tạ số cao h n ng lư ng ị th ề h n C m số công ứ mô

ả về quá trình h th âm thanh trong ước ã t ề móng cho hi

ế ệ nay Mỗ phư ng tri nh trong gian qua ã giúp cải ệ ả ng

ứ ng v chính xác về m toán ọ ủ v ệ giá sự của âm thanh trong ước

ạ ố sự th tron ước biê n chuẩ là quá nhỏ so với môi

ư này nên m yêu c toán chính xác sự ư ng âm thanh trong ước ở ố thì các mô hình hiệ nay khó có th ứ

29

W.H ưa ra 1967 [5], trình bày m công ứ toán ệ ố suy giảm theo dB/km C Francois v Garrison ưa ra công ứ cho ệ số suy giảm ứ tạ n, ưa ả ệt m n, pH và axit Boric, Magie Sunfat Đ

ả ưở củ t ả các thông số ư c sử ng trong các mô hình này thì chúng ta c ế ế chế ủ sự ư c trình bày trong [5] ư sau:

ng ĩ ư ng giảm 21% trên mỗ km truyề i ệ ố suy giảm ng theo phư ng t số Tạ t ố lớn h n 1Mhz, ư ta ư theo

n vị dB/m khi âm thanh suy giảm Giá trị α thu vào nhiệ ủ nước T (oC) và áp su dù sự ổi

áp suâ t v sâu còn ả ưở ở m vài thông số khác, ả ưở này

là nhỏ khi em so sánh với tổ g ỗ cho nên việ sử sâu D theo m ư

ư c dùng ệ i cho việ toán áp suâ t ủ ĩ

b Sự h thụ h a học

Các phân tử, ion trong nước có nhiề trạng thái ổ ị và chúng chuy từ

ạ này sang trạ khác ph vào áp su Các phân tử nướ trạng thái bằng cách h th áp su sinh ra trong ước ở sóng

âm ổi ứ ng lư ng thay ổ pha khác nhau liên quan tới

tư ng tác khác nhau, v trễ trong ứ này có th ư c trưng ở gian relaxation hay t ố relaxation Thay ổ với ố càng nhanh thì càng

có ít ả ưở vì thay ổ phân tử là quá chậm, cho nên sự này chỉ

có ả ưở ở t ố thâ p Ng m củ ước ự ạ của axit

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

Boric và muối MgSO4 cũng gây ra sự hóa họ tham số khác

có ả ưở tới ự trong nước bi pH ư pH=8 ư c

ử là tiêu chuẩ ệ axit ủ nước [5]

 Phương tri nh Thorp

Phư ng Thorp thị ự suy giảm ở h phư ng n

g ả vì nó chỉ xét tới ả ưở ủ tâ n ố mà ỏ qua ả ưở ủ ự g ã

ố m axit củ nước biê n ứ ủ phư ng ư c cho ở

31

v 2.4 ậ ằ g, suy hao t theo ố Phư ng chỉ áp d ng cho ước có nhiệ 4oC v sâu x ỉ 1000 m giới

ạ này k ế cho phư ng tri nh r kh ư c sử trong ứ

d ng củ hệ ống mạng ủ Ngoài ra, ằng việ h hóa

họ phư ng này ư c kế quả chính xác Tuy vậ mô hình này lạ

có th ước lư ng m cách nhanh chóng hệ ố suy giảm, ích cho việ ước

lư ng thô kênh ề

 Phương tri nh Francois và Garrison

ứ toán ọ ủ phư ng Francois Garrison ư c cho ư sau [5]

35

T S

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

f1, f2 là t n số ư ứng ả ưởng của axit Boric và muối magie Sunfat

pH axit củ nước biê n

D sâu cô t nước

Z m sâu xác ị mà tạ tố âm thanh là nhỏ

D > z m: ố thanh chủ yê u do nhiệ

D < z m: ố thanh do áp su ủ ĩ

ừ 2.5 ta ậ ằ ả ưở ủ ừ ẽ khác nhau với ừ ả khác nhau: T ố ừ 100 Hz ÷ 3000 Hz axit Boric ả ưở

ề nhâ t, từ 000 ÷ 200000 Hz muố Magie sunfat chiê m ưu thế từ 00000 nước có vai trò chính khiế tín hiệ ị hâ p trong quá trình truyề

2.6 cho ta ệ ố suy g ả ỉ ệ ậ với ệ Khi ệ

ệ ố suy giả ũn ng Ng ra, ệ ố suy giả ũn ng khi ệ

g So sánh 2.6 v 2.7 ta ậ iề :

33

Hình 2 5 Hệ số suy giả n ố (công thức Francois và Garrison) [5]

Hình 2 6 Hệ số suy giả a đổ đ ặn n ệ đ ) - công thức

Francois và Garrison[5]

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

35

2.1.3 Sự suy giảm âm thanh t ng h t ắng n

Sự suy g ảm âm thanh trong ch lắng c thay ổ theo a

ủ Đ ê m ủa h ư c trưng ở bt, thông số ị loại trong ạ ư ng Bảng sau cung c giá trị bt ủ mỗ ạ i củ

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

v ệ xác ị toán ế ố ề v ệ ố ả ạ vai quan ọ trong mô ỏng ư c nghiệm

p  T exp ik xsin zcos k c (2.13)

n chung exp it  ược loại bỏ Các ạ lư ng chưa xác ị R,

T v 2 ượ ịnh từ ều kiện b về tính liên t c áp suât và vậ ố ạ khi

qua m phân cách ạ vị z=0 Với áp trong môi ư p1  pi  pr, v áp

trong môi ư 2 p2  pi

Đ ề k ệ ư c ễ theo phư ng sau:

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

1 2

m ả ưở ủ ệ tư ng cao



 ; k2,I  2 (2.21)

là vẫn tốc âm thanh, là hệ số h p th ư ng 2 (ch t lắng c ự ư ng ỏ

ư ề ệ ượ ạ ượ ế :

1

1 2

ằ số so ng là số thực nên giá trị k1 ũ ận giá trị thực ược lại

là số phức nên giá trị k2 ũ ận giá trị phức Từ ư ê

{ ( ̃ ) } { [( ̃ ̃ ) ]} (2.26)Trong :

( ̃ ̃ ) ( ) (2.27) ( ̃ ) ( ) (2.28) ( ̃ ̃ ) ( ) (2.29) ( ̃ ) ( ) (2.30)

Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm

2

p

k c



  (2.33) Vận tốc pha của trong ư c ti nh theo công thức sau:

1

p p

c c

tư ng ng giáng âm ư xuyên ả ra Sự g ề ạ ạ ra ng giáng khi ng phát máy thu g ế ề m ư c coi ằ ứ g g ề m cách ngẫ nhiên, v ế ư ự g g ề ỏ với bước g, suy hao ả ạ ư c xem ư quá tán xạ Công ứ mô

 ố giá g g ề Rayleigh, xác ị ư sau:

2 sink 

  2.36)