Адаптивное подавление внешних шумов в системах акустического зондирования атмосферы
DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-1-20-26
☷
- О ТУСУРе
- Абитуриентам
-
Студентам
- Первокурсникам
- Расписание занятий
- Система дистанционного обучения
- Научно-образовательный портал
- Библиотека
- Групповое проектное обучение
- Журнал посещаемости
- Журнал успеваемости
- Клубы по интересам
- Спорт в ТУСУРе
- Профком студентов
- Содействие трудоустройству
- Облачное хранилище ТУСУРа
- Поддержка студенческих семей
- Поддержка участников СВО и их детей
- Многофункциональный центр
- Аспирантам
-
Сотрудникам
- Телефонный справочник
- Расписание занятий
- Система дистанционного обучения
- Научно-образовательный портал
- Библиотека
- Журнал посещаемости
- Журнал успеваемости
- Генератор рабочих программ
- Генератор ОПОП
- Генератор ИПРП
- Показатели эффективности труда ППС
- Спорт в ТУСУРе
- Профком сотрудников
- Облачное хранилище ТУСУРа
- Выпускникам
- Партнёрам
Аннотация: Актуальность. Акустические локаторы (содары) широко применяются для дистанционного мониторинга атмосферы, однако их работа существенно ограничена внешними шумами. Цель исследования. Разработка и экспериментальная проверка алгоритмов адаптивного подавления внешних шумов, позволяющих повысить отношение сигнал/шум непосредственно в приемном тракте содара и обеспечить выделение полезного сигнала в сложной помеховой обстановке. Методы. Предложены адаптивный компенсатор шумов с дополнительным ненаправленным антенным элементом, коэффициенты фильтра которого рассчитываются на основе полной временной реализации, и метод спектрального вычитания шума в одноканальной системе. Экспериментальная проверка выполнена на лабораторном макете с использованием гармонического полезного сигнала и широкополосного шума. Также пред-ложен и апробирован в натурном эксперименте метод спектральной компенсации шумов. Научная новизна. Метод спектральной компенсации шумов впервые применен для выделения доплеровского смещения частоты сигнала в условиях, где прямое детектирование сигнала невозможно. В отличие от пороговых процедур, используемых в коммерческих содарах, адаптивный компенсатор функционирует на физическом уровне до момента спектральной обработки, ослабляя помеховую составляющую и увеличивая отношение сигнал/шум. Результаты. Экспериментально получено улучшение отношения сигнал/шум на 14 дБ при использовании адаптивного фильтра. Показано, что одноканальное спектральное вычитание шума позволяет уверенно идентифицировать доплеровскую частоту рассеянного сигнала даже при низких исходных отношениях сигнал/шум. Практическая значимость. Достигнутое увеличение отношения сигнал/шум эквивалентно снижению требуемой мощности излучения до 25 раз либо соответствующему увеличению высоты зондирования. Результаты позволяют расширить перечень мест, пригодных для размещения содаров, включив в него территории с повышенным акустическим фоном, и модернизировать существующие системы путем добавления дополнительного компенсационного канала.
Ключевые слова: акустический локатор, содар, зондирование, атмосфера, адаптивная фильтрация, подавление шумов
Сведения о финансировании: Работа выполнена в рамках государственного задания ИМКЭС СО РАН по проекту № FWRG-2026-0006.
Библиография статьи:
Красненко Н. П. Адаптивное подавление внешних шумов в системах акустического зондирования атмосферы / Н. П. Красненко, И. А. Рыбаков, Г. А. Трофимов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2026. – Т. 29, № 1. – С. 20–26. DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-1-20-26
Авторы и правообладатели:
- Красненко Н. П. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия), Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск, Россия)
- Рыбаков И. А. , Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск, Россия)
- Трофимов Г. А. , Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск, Россия)
- 1. Красненко Н.П. Акустическое зондирование атмо-сферного пограничного слоя. – Томск: Водолей, 2001. – 278 с.
- 2. Bradley S. Atmospheric Acoustic Remote Sensing: Principles and Applications. – CRC Press Taylor & Francis Group, 2007. – 296 p.
- 3. Kumar N. Design and Development of SODAR An-tenna Structure / N. Kumar, K. Soni, R. Agarwall // Mapan – Journal of Metrology Society of India. – 2021. – Vol. 36, No. 4. – P. 785–793.
- 4. Remtech General Catalogue [Электронный ресурс]. – URL: https://remtechinc.com (дата обращения: 04.04.2025).
- 5. Джиган В.И. Адаптивная фильтрация сигналов: теория и алгоритмы. – М.: Техносфера, 2013. – 528 с.
- 6. Уидроу Б. Адаптивная обработка сигналов / Б. Уид-роу, С. Стирнз; пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1989. – 440 с.
- 7. Мозинго Р.А. Адаптивные антенные решетки / Р.А. Мозинго, Т.У. Миллер. – М.: Радио и связь, 1986. – 448 с.
- 8. Haykin S. Adaptive Filter Theory. – 5th ed. – Pearson Education, 2014. – 897 p.
- 9. Шильман С.В. Адаптивная фильтрация временных рядов. – Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 1995. – 180 с.
- 10. Abbot G. A Survey on Adaptive Noise Cancellation Technique and Adaptive Algorithms / G. Abbot, D. Sharma // Journal of Emerging Technologies and Innovative Research. – 2019. – Vol. 6, Iss. 6. – P. 90–93.
- 11. Столбов М.Б. Выделение речи с использованием адаптивного компенсатора помех с двумя микрофонами / М.Б. Столбов, С.В. Перелыгин // Радиотехника. – 2023. – Т. 87, № 7. – С. 127–136.
- 12. Cheer J. Beyond anti-noise: foundations and the future of active sound control / J. Cheer, F. Langfeldt // Acoustics Today. – 2024. – Vol. 20, no. 2. – P. 31–39. DOI: 10.1121/AT.2024.20.2.31.
- 13. Lakshmikanth S. Noise Cancellation in Speech Signal Processing – A Review / S. Lakshmikanth, K. Natraj, K. Rekha // International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering. – 2014. – Vol. 3, Iss. 1. – P. 5175–5186.
- 14. Liu Y. Review of Advances in Active Impulsive Noise Control with Focus on Adaptive Algorithms / Y. Liu, Z. Lei // Applied Sciences. – 2024. – Vol. 14. – Art. No. 1218. DOI: 10.3390/app14031218.
- 15. An active noise control system based on reference sig-nal decomposition / Z. Zhang, S. Chen, Z. Zhou, H. Li // Digital Signal Processing. – 2022. – Vol. 129. – Art. No. 103676. DOI: 10.1016/j.dsp.2022.103676.
- 16. Адаптивная система активного гашения акустиче-ского широкополосного излучения с динамической калиб-ровкой / А.В. Львов, В.А. Карасева, О.А. Потапов, А.М. Соков // Акустический журнал. – 2023. – Т. 69, № 3. – С. 357–366.
- 17. Benesty J. Microphone Arrays / J. Benesty, J. Chen, Y. Huang. – Springer, 2024 – 223 p.
- 18. Yin L. Adaptive parallel filter method for active cancel-lation of road noise inside vehicles // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2023. – Vol. 193. – Art. No. 110274. DOI: 10.1016/j.ymssp.2023.110274.
- 19. Родионов А.А. Шумопеленгация акустических ис-точников с помощью решеток микрофонов при наличии интенсивной помехи / А.А. Родионов, В.Ю. Семенов // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. – 2023. – Т. 66, № 4. – С. 253–261.
- 20. Хохлов В.К. Пеленгация локализованного источ-ника акустических излучений на основе спектрального ме-тода обработки сигналов / В.К. Хохлов, Ж.С. Коршикова // Вестник Моск. гос. технического университета им. Н.Э. Баумана. – Сер.: Приборостроение. – 2010. – № 1 (78). – С. 62–73.
- 21. Красненко Н.П. Акустическое обнаружение низко-летящих дронов / Н.П. Красненко, И.А. Рыбаков, А.С. Раков // Труды XXXVI сессии Российского акустиче-ского общества, Москва, 21–25 октября 2024 г. – М.: ГЕОС, 2024. – С. 320–326.
- 22. Metek GmbH Germany [Электронный ресурс]. URL: https://metek.de (дата обращения: 09.04.2025).
- 23. Atmospheric Research & Technology [Электронный ресурс]. – URL: https://sodar.com/ (дата обращения: 12.04.2025).
-2026-1_%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%8F.jpg)
Адрес редакции
Подписка на обновления
