דלתא משתנה ב-Aquare Acoustic Signal Processing

דלתא מודולציה (DM) היא טכניקה בסיסית בתחום עיבוד אותות אקוסטיים תת-ימיים, המאפשרת המרה אנלוגית-לדיגיטליים יעילה תחת מגבלות חמורות של רוחב פס, כוח ורעש המאפיינת את הסביבה התת-ימית.הפשטות והקצב הנמוך של הנתונים הופכים אותה מתאימה במיוחד ליישומים כגון מערכות Sonar, כלי רכב תת-ימי אוטונומי (AUV) טלמט, ורשתות סביבתיות ארוכות טווח זה מספק מאמר מקיף של תכונות אופטיות, תכונות תפעוליות, תכונות תפעוליות, , סודיות, עקרונות תפעוליות, , סודיות, , , סודיות, סודיות , סודיות , , סודיות , , סודיות , תכונות תפעוליות , , , תכונות תפעוליות , , , סודיות סודיות סודיות סודיות , , , סודיות , , , , סודיות , , , סודיות סודיות , , , סודיות , סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות , סודיות סודיות , , סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות סודיות , סודיות סודיות סודיות , ,

תוצאות חיפוש עבור Delta Modulation

דלתא היא תוכנית קידוד חיזוי השייכת למשפחה של שיטות שונות של הדופק (DPCM) טכניקות.בניגוד למודולציה סטנדרטית של הדופק-קוד (PCM), אשר מקודמת את האמפליטציה המוחלטת של כל מדגם, דלה מודולומקוד רק את ה-FLT:0differenceFLT:1 בין דגימות רצופות.

השוואה עם PCM

ב- PCM, אות המדגם בקצב Nyquist מיוצג על ידי מילים מרובות-bit (למשל, 8, 12, או 16 סיביות לדגימה), וכתוצאה מכך שיעור גבוה של bit. עבור אותות אקוסטיים מתחת למים לעתים קרובות תופסים את טווח 1-100 k טווח, PCM ידרוש שיעורי נתונים כי רוחב הפס המוגבל של קישורים אקוסטיים (בדרך כלל רק כמה קילוביטים לשנייה על פני טווחים ארוכים).

« « « ⁇

(ב) [17] , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כיצד דלתא משתנה מתאמן בערוץ התת-קרקעי

הערוץ האקוסיבי התת-ימי מאופיין על ידי ריבוי של התיעוב, אט-תלוי, רעש מחיים ימיים ומשלוח, וזמינות הזמן של דלתא מודציה לסוגים מסוימים של רעש נובע מהטבע השונה שלו: סחף איטי בסימן (למשל, מקצבי טמפרטורה או תנועה) הוא מקודד ביעילות, בעוד 1-bitizer הוא פחות חדיר לעיוותים.

נפיחות והגדרה

האות האנלוגי הנכנס של הידרופון הוא pre-filtered ומדגם בקצב בדרך כלל מספר פעמים תדירות Nyquist למזער עומס מדרונות.המודולטור 1-bit של דלה משווה כל דגימה חדשה נגד גרסה משולבת של זרם סיביות.לוגיקה "1" מציין את האות עולה; 0 מציין שהוא נופל.

סינכרון ושעון התאוששות

ב המקלטים אקוסטיים מתחת למים, שחזור השעון מזרם דלה-ממדן פשוט יותר מהמחשב PCM כי קצב הסמל ידוע והזרם הקטן הוא שעון עצמי באמצעות מעברים.זה מקטין מורכבות המקלט, יתרון מפתח עבור צמתים חיישן מופעל סוללות.

יתרונות במערכות תת-קרקעיות

שלבא מציע כמה יתרונות ספציפיים שמתאימים לאתגרים של עיבוד אותות תת-ימי:

  • (FLT:0) מינימלי Bandwidth דורש: קיד 1 ( 1) זרם חד-ביט בקצב מגובה בינוני (למשל, 200 kbps) יכול לקוד אות אקוסטי של 20 kHz רוחב פס, המתאים בתוך הלהקות האקוסיביות הצרות המשמשות לטלמטארי מתחת למים.
  • (FLT:0)Low Computational Complexity:03: ההרחבה משתמשת רק בנספח, 1-bit DAC, ו- integrator -ideal for low-power microcontrollers ו-FPGAs ב-Sintentdes.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ רובוסטנס: "האנתרופולוגיה השונה דוחה את הסחף המשותף והרעש רקע משתנה לאט לאט, אשר נפוץ בסביבות החוף.
  • (FLT:0) עמידות לשגיאות חד-משמעיות: 1FreaLT:1) שגיאות חד-ביט יחיד שידור לגרום רק שגיאה חד-משמעית בסימן המשוחזר, בניגוד למחשבים שבהם טעות קטנה ב bit המשמעותית ביותר עלולה לגרום לקפיצה גדולה של אידוי.
  • (FLT:0)אנרגיה אי-יעילות: 1FIRLT:1) הקטנת עומס העיבוד הדיגיטלי מתרגמת ישירות לחיי סוללה ארוכים יותר עבור מכשירים תת-ימיים מרוחקים.

גבולות ואתגרים

למרות היתרונות שלה, דלה מודולציה יש מגבלות ידועות שיש לנהל במערכות תת-ימיות.

סלייפ Overload Distortion

כאשר אות קלט משתנה מהר יותר מאשר המדרונות המקסימלית כי גודל הצעד הקבוע ⁇ יכול לעקוב, המנוטר לא יכול לעקוב אחר גלפור, לייצר אזור שטוח או שיעור מסה מוגבל.זה בעייתי במיוחד עבור אותות transient כגון לחיצות דולפין או חזרות בנרתנות אימפולסיביות. טכניקות מייגציה כוללות הגדלת קצב הדגימה (מעלה), באמצעות גודל גדול יותר, או שימוש במודולציה (Modertulation del Modive).

גרנול (Idle Channel) Noise

בתקופות שקטות או כאשר האות הוא כמעט קבוע, המנטרול מתנפח סביב הרמה האמיתית, ומייצר רצפת רעש ברמה נמוכה.בסביבות תת-קרקעיות שבו הרעש המתפתל יכול להיות גבוה (surf, גשם, משלוח), רעש גרניט זה עשוי להיות מסוקרן, אבל בתנאים עמוקים ושקטים זה יכול להפיג את יחס האות-ל-לא-רעש (NRS) של גל מבוזר.

SNR Performance

(ב) [17] , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

צורות משופרות של Delta Modulation

כדי להתגבר על המגבלות של Modulation הבסיסי של דלה, פותחו מספר גרסאות ומשמשות במערכות אקוסטיות מודרניות מימיות.

החלפת דלתא (ADM)

ADM מתאמת דינמי את גודל הצעד ⁇ בהתבסס על דפוס ה bit האחרון.אם ביטים רצופים הם אותו (למציין את האות הוא גדל באופן עקבי או ירידה), גודל הצעד עולה כדי לעקוב אחר שינויים מהירים יותר.אם ביטים חלופיים לעתים קרובות, גודל הצעד יורד כדי להפחית רעש גרניט.מריד משתנה מתמשך דלה מודולulation (CVSD) הוא אלגוריתם ADM נפוץ נרחב כי הוא מיושם במסחרי תיבות של פחמן תת-ימיים עבור נתונים אקוסטיים עבור נתונים אקוסטיים ואקוטיים עבור נתונים קוליים ואקוטיים.

סיגמה-Delta Modulation

Stema-delta Modulation (SDM) משלב את אות הקלט לפני ה-Vinchation, למעשה משנה את הרעש הקוונטי לתאריכים גבוהים יותר שבו ניתן לסנן אותו. SDM משיגה החלטה גבוהה מאוד עם קוונטין 1 סיביות והוא הבסיס עבור מערכות מתקדמות של נתונים הידרופוניים מודרניים רבים.יחס oversampling (ply 64x או יותר) הוא בעל יכולת תת-ימית בשל רוחב פס נמוך יחסית (K).

המונחים: sublytic Signal Processing

צורת דלתא ונגזרותיה משתרעות על פני מגוון רחב של פלטפורמות תת-ימיות ואזורי מחקר.

Sonar Systems

בצד-scan Sonars ו multibeam מהדהד, דלה מודולציה מספקת ייצוג קומפקטי של המעטפה האחורית מקודמת.הזרם 1 סיביות ניתן להעביר אל כלי פני השטח או מאוחסן על הסיפון עם אחסון מינימלי.התאמה DM יעיל במיוחד לשימור הקצוות החדים של החזרות ואובייקטים התחתונים תוך דחיית רעש.

המונחים: subous תקשורת

מצבי כוח נמוך מסחריים כגון אלה מתלדיין Benthos או EvoLogics לעתים קרובות לשלב את דלה מודולציה או CVSD עבור קול ונתונים דלת-rate. חוסן שגיאות הטבוע הוא יקר ערך בערוצי ריבוי מוליכים.מחקר הראה כי דלהמודולציה עם השוואת הסתגלות יכול להשיג תקשורת אמינה במרחק של מעל 10 ק"מ עם שיעורי שגיאה נמוכה מאוד.

  • (FLT:0)iscovery of hydrothermal ventsveFLT:1) באמצעות מערך אקוסטי מברק המקודש נתונים סביבתיים רצופים באמצעות דלה מודציה
  • (FLT:0) מרין ניטור אקוסטי ממאמלי (Marine mammal אקוסטי) 1 (FLT:1), שבו גילוי של קליקים חולפים ושרקטים היתרונות של היכולת של ⁇ השונה להדגיש שינויים מהירים
  • (FLT:0 submarine מבוסס נתונים קישורים ל- 1 ), שבו נדרשת הסתברות נמוכה של יירוט; זרם ה bitulation של דלה הוא קשה יותר לזהות או להידבק מאשר מודציות רחבות טווח.

רשתות חיישן תת-קרקעיות (UWSNs)

ניטור סביבתי ארוך טווח משתמש ברשתות של חיישניים מעוקלים או צפים, אשר חייבים לפעול במשך חודשים על סוללה אחת. דחיסת נתונים באמצעות דלה מודולציה או ADM להפחית את מספר השידורים האקוסטיים הדרושים, להאריך את חיי הרשת.לדוגמה, מחקר של FLT:0a 2018 ExveFLT:1 הראה כי תוכנית דחיסה מבוססת דחיסה מבוססת דחיסה המבוססת דלה מופחתת על 30% בהשוואה לסטנדרט במימי רדוד.

ביצועים של Metrics ו-P Design

תכנון מודולר דלה עבור אותות אקוסטיים תת-ימיים דורש איזון מספר פרמטרים:

ParameterTrade-off
Sampling frequency fsHigher fs reduces slope overload but increases bit rate
Step size ΔLarger Δ prevents overload but increases granular noise
Signal bandwidth fmWide bandwidth requires higher fs and Δ
Ambient noise levelHigh noise can mask granular noise, allowing coarser step sizes

בחירת ה-Oversampling Ratio

(ב) אות רוחב פס טיפוסי 10 kHz (KHz רוחב פס) (KHz רוחב פס) (FLT:0reaFLT:1Hz:2sFLT 3: = 100 kHz (10x Oversampling) DM יכול לעתים קרובות להפחית את זה ל 50 kundersic System (kmple) 1=7 ק"מ) ב- 50 kunders) קצר יחסית (kasi) ל- 50 kunders)

כיוונים מתקדמים ומחקר

מחקרים מתקדמים נועדו לשפר את המודולציה של מערכות תת-קרקעיות הדור הבא.

Machine Learning-Assisted Fitulation

רשתות ניליות יכולות לחזות את גודל הצעד האופטימלי בהתבסס על הסטטיסטיקה של האות הנכנס ומדינת הערוץ האקוסי (FLT:0Recent עבודה שפורסמה ב- Scientific ReportsFLT:1) מראה כי מודל LSTM קל משקל יכול להפחית את האירועים על ידי 40% בערוצים תת-ימיים של זמן בהשוואה ל- ADM קבוע.

ה-DM-PCM Schemes

שילוב של Modulation delta עבור רכיבים משתנים לאט ו- PCM עבור transients מהירים מציע את הטוב ביותר של שני העולמות. אלה קודים כפול-מודה נחקרים עבור גלאי תת-ימי אוטונומיים כי צריך דחוס נתונים הידרופוניים רב ערוצים עבור העלאת WiFi מאוחר יותר.

דלתא משתנה

עבור מערך הידרופוני סיבים אופטיים, מודולל כל אופטיקה מבטל את הצורך ב- ADC אלקטרוני קרוב לחיישנים, צמצום כוח וגודל. אבטיפוס מעבדה באמצעות זיהוי בין-פרומטרי ו 1 סיביות אופטיזציה הראו פתרון יעיל 12 סיביות עם DM.

שיקולים מעשיים ל Deployment

כאשר יישום של תצורה של מערכת תת-ימית אמיתית, מהנדסים חייבים לשקול את הפעולות הבאות:

  • (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) , לאחר ש"התמ"ד: "הגל המחודש" חייב להיות נמוך מפילטר להסרת רעש קוונטי מעל פני קבוצת האותות.
  • (FLT:0)Clockסחף:FLT:1 מעל פריסות ארוכות, סחף אווסצילטור יכול לעוות את שחזור.טמפרטורה-מתואמת oscillators קריסטל (TCXOs) או הדופקים הסינכרון תקופתיים משמשים.
  • (FLT:0) להפיץ:FLT:1 בעוד שגיאות חד-ביט הן מקומיות, פרץ של שגיאות יכול לגרום לסחף מצטבר של אותות תיקון שגיאות (למשל, קודים convolutional) הם לעתים קרובות מוחלים על זרם דלטה-מתמדן.

מחקר מקרה: דלתא משתנה באירוע אקלימי עמוק לוג

(ל) לשקול פעילות סמיסטית עמוקה ב-4000 מ"מ ניטור של סיסמית' (הקצב המעשן הוא 200 הרץ עבור ה-Galphone ו- 10 kHz עבור הידרופוני (לתפוס פליטות אקוסטיות) מודולל בסיסי דלה עם FLT:0fFLT 1Hz 1Hz עבור CLT 3=50 עבור הטלפון הגולמי ו- ADMlan עבור נפח של זיכרון אחד של 8 סיביות עם זיכרון RAM אחד של 2.

תחזית עתיד

ככל שמערכות תת-ימיות דורשות רוחב פס גבוה יותר (למשל, עבור שידור וידאו מ-ROVs), ניתן להעלות על הדעת על ידי תוכניות דחיסה מתקדמות יותר (למשל, עבור רוב של כוח-עוצמה נמוכה, משימות בעלות נמוכה יחסית נמוכה - במיוחד ברשתות החיישן מבוזרות - הפשטות והחזקות של דלה מודולציה תישאר אבן הפינה מתמשכת עבור LTF:0auirdth LT חודשים ללא התערבות אנושית יעילה של טיפול מסוג 1.

מסקנה

צורתו הבסיסית וההתאמה, מציעה פתרון אלגנטי לאתגרים של עיבוד אותות אקוסטיים מתחת למים.על ידי אופטימיזציה רק השינויים בסימן, היא משיגה הפחתה דרמטית של שיעור הנתונים תוך שמירה על נאמנות מספקת עבור רבים של סונר, תקשורת, ו ניטור יישומים.המורכבות הנמוכה שלה ואת האינטומנטציה להפוך אותו לערך במיוחד בערוץ התת-קרקעי הקשה, רוחב פס-מאומנים.