Xử lý tín hiệu ngẫu nhiên Áp dụng cho bài toán phân tích sóng biển và ứng dụng

LỜI NÓI ĐẦU

Vấn đề phân tích sóng biển được đặt ra từ lâu và có rất nhiều mô hình sóng được đưa ra. Đó là các mô hình sóng điều hòa (chủ yếu là sóng hình sin) và mô hình sóng ngẫu nhiên (được giả thiết như là tổng của nhiều sóng điều hòa có tần số là bội của tần số cơ bản). Cách tiếp cận như vậy chưa thật chính xác, bởi vì khi phân tích sóng thì hai thành phần này không hề tách rời nhau mà tùy vào điều kiện cụ thể tác động của chúng có khác nhau. Ở điều kiện bình thường thì thành phần điều hòa lớn hơn thành phần ngẫu nhiên nhưng khi có bão (gió cấp 6) thì ngược lại, thành phần ngẫu nhiên lại lớn hơn thành phần điều hòa. Và thành phần ngẫu nhiên sẽ rất hỗn loạn có dải tần số rất rộng còn thành phần điều hòa có tần số là bội của tần số cơ bản. Do vây tác giả đề cập đến một cách tiếp cận mới, coi sóng biển như một tố hợp gồm hai thành phần điều hòa và ngẫu nhiên không tách rời nhau và đưa ra một mô hình mới đó là mô hình sóng biển tổng hợp: là tổng của thành phần điều hòa s(t) và thành phần sóng ngẫu nhiên (t). Đây có thể coi là một quá trình ngẫu nhiên dừng, ergodic và qui tâm.

Từ trước đến nay người ta vẫn coi biên độ sóng là yêu tổ cơ bàn ảnh hưởng đến hoạt động của tàu thuyền từ đó phân cấp sóng thành các cấp I, II.III, IV, V… Tuy nhiên điều này chưa hoàn toàn chính xác bởi vì ngoài yếu tố biên độ ra sóng còn có nhiều yếu tố khác ảnh hưởng như lực đẩy sóng, độ nhớt của nước, phương vị sóng, tần số sóng,… Vì vậy tác giả đã đưa ra một cách tiếp cận mới là phân tích năng lượng của sóng tổng hợp. Qua hàm mật độ phổ năng lượng cho ta thấy năng lượng của sóng trong toàn bộ dải tần số của quá trình sóng. Đây là một hàm đặc trưng cho tác động của sóng đến sự hoạt động của tàu thuyền trên biển,

Để đo sóng biển trong điều kiện gần với thực tế tác giả đã tiến hành đo sóng trong bê thứ bằng thiết bị đo sử dụng cảm biến siêu âm. Quá trình đo sóng điều hòa, đo sóng ngẫu nhiên và đo sóng tổng hợp, tiến hành phân tích sóng tổng hợp trên cơ sở số hóa qua phép lấy mẫu mới (định lý Phạm Thượng Hàn) với sai số cho trước, để tìm ra hàm mật độ phổ năng lượng.Kết quả cho thấy hàm mật độ phổ năng lượng có dạng phổ liên tục. Qua Việc tính diện tích hàm mật độ phổ với trục hoành ta lượng hóa được độ lớn của hàm mật độ phổ năng lượng. Từ đó có thể dễ dàng áp dụng cho các bài toán khác nhau.

Cuốn sách “Xử lý tín hiệu ngẫu nhiên áp dụng cho bài toán phân sóng biển và ứng dụng” trình bày một ví dụ về áp dụng phương pháp sử dụng hàm mật độ phổ năng lượng để thay đổi giá trị đặt tốc độ tàu thủy.Nhờ đó mà tàu thủy sẽ chạy với tốc độ thích nghi với năng lượng sóng trên cơ sở áp dụng các bộ điều khiển tốc độ tàu thủy PID, logic mở và F-PID. Như vậy tạo ra khả năng thay thế việc điều khiến tốc độ bằng tay theo cấp sóng hiện nay bằng điều khiển tự động thích nghi theo năng lượng sóng -nhằm cải thiện mức độ tự động hóa, giảm số sĩ quan phục vụ trên tàu. Mục đích trình bày của tác giả là từ việc phân tích lý thuyết sóng đề xuất mô hình sóng mới. Thực hiện đo sóng qua bể thử sóng bằng cảm biến siêu âm, kết quả đo được sẽ được phân tích bằng phép phân tích phố để tìm được năng lượng sóng và để có thế ứng dụng cho nhiều bài toán khác nhau.

Cuối cùng cuốn sách trình bày các kết quả mới đạt được: Đề xuất mô hình sóng biển mới gồm thành phần sóng điều hòa và thành phần sóng ngẫu nhiên. Được gọi là mô hình sóng tổng hợp; Xây dựng mô hình thực nghiệm để xác định các đặc trưng ngẫu nhiên. Sử dụng phép phân tích phổ (dùng thuật toán biến đổi Furier nhanh FFT), phân tích kết quả đo sóng. Sau đó tìm năng lượng sóng tổng hợp để ứng dụng vào nhiều bài toán khác nhau;Đã áp dụng kết quả phân tích sóng biển tổng hợp vào bài toán điều khiển tự động tốc độ tàu thủy. Nội dung bài toán chủ yếu là sử dụng năng lượng sóng để thay đổi giá trị đặt từ đó thay đổi tốc độ tàu.

Cuốn sách là công trình được tác giả nghiên cứu trong nhiều năm khi làm NCS tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, tuy còn nhiều vấn đề chuyên môn cần tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện, mong bạn đọc thông cảm và góp ý để hoàn thiện trong những lần tái bản sau. 

Mọi thông tin góp ý, xin chia sẻ gửi về email: daoquangthuyukb@gmail.com hoặc SĐT 0912234237