Методи фільтрації в гідроакустичних системах

Анотація

У статті розглянуто основні методи фільтрації гідроакустичних сигналів, що використовуються для виділення корисної інформації з природних та антропогенних завад. Надійність і точність гідроакустичних систем залежать від здатності придушувати завади зі збереженням корисних складових прийнятих акустичних сигналів. Особливу увагу приділено вейвлет-згладжуванню, фільтру Вінера, алгоритмам адаптивної фільтрації на основі методу найменших квадратів, а також різноманітним частотно-селективним фільтрам, зокрема смуговим, низькочастотним, високочастотним і режекторним. Ефективність кожного методу обговорюється в контексті типових підводних акустичних середовищ, де джерела шуму відрізняються за походженням і спектральними характеристиками. В рамках дослідження для оцінки та порівняння методів фільтрації використовувався реальний гідроакустичний сигнал, записаний за допомогою широкосмугового гідрофона в природних водних умовах. Сигнал містив як низькочастотні, так і високочастотні завади, а також імпульсні шуми, характерні для біологічних та антропогенних джерел. Для моделювання та візуалізації процесу фільтрації, включаючи вейвлет-розкладання та порогове значення, було використано програмне забезпечення MATLAB. На основі отриманих результатів запропоновано комбінований підхід до фільтрації, який інтегрує кілька взаємодоповнюючих методів для підвищення чіткості сигналу. Ця гібридна стратегія дозволяє більш точно виявляти та ідентифікувати підводні об'єкти, адаптуючись до конкретних шумових сценаріїв. Результати моделювання підтверджують, що багатоступенева схема фільтрації значно покращує відношення сигнал/шум і зберігає інформативні характеристики гідроакустичного сигналу. Запропонований підхід може бути застосований до гідроакустичних систем, що використовуються для морських досліджень, підводної навігації та екологічного моніторингу.