تاثیر محیط انتشار بر انتخاب شکل موج و بهینه‌سازی آن در سونار چند پرتویی به‌منظور بهبود عملکرد تصویربرداری

این مقاله به بررسی عملکرد تصویربرداری سونار چند پرتویی در محیط آکوستیک زیرآب با استفاده از یک رویکرد مبتنی بر مدولاسیون تقسیم‌ فرکانسی متعامد پهن باند و شکل‌دهی پالس گوسی می‌پردازد. در رویکرد پیشنهادی، پارامترهای کلیدی شکل‌ موج شامل فاصله زیر حامل‌ها، مدت‌زمان سمبل و ضریب پالس گوسی توسط الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات تنظیم می‌شوند تا نسبت توان قله به متوسط حداقل گردد و درعین‌حال کیفیت تصویربرداری حفظ شود. شکل‌دهی گوسی نیز برای کاهش نشتی طیفی و بهبود ویژگی‌های طیفی سیگنال به کار گرفته‌شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که شکل‌ موج بهینه‌شده به مقدار نسبت توان قله به متوسط برابر با 3.01-‎ دسی‌بل دست‌یافته است که بیانگر کاهش 94.5‎% نسبت به مقدار اولیه 0.16‎ دسی‌بل است. همچنین مقادیر نسبت لوب کناری یکپارچه و نسبت لوب کناری پیک به ترتیب به 4.34‎ دسی‌بل و ‎5.96‎ دسی‌بل بهبودیافته‌اند. ازنظر کارآیی محاسباتی، الگوریتم ازدحام ذرات با سرعت همگرایی حدود 15 برابر بیشتر و زمان پردازش ‎0.13‎ ثانیه (در مقایسه با 5.81‎ ثانیه برای الگوریتم ژنتیک) عملکرد بهتری ارائه می‌دهد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که چارچوب بهینه‌سازی پیشنهادی می‌تواند به‌عنوان رویکردی موثر برای بهبود کارآیی توان و ارتقای کیفیت سیگنال در کاربردهای تصویربرداری و نقشه‌برداری سونار چند پرتویی مورداستفاده قرار گیرد.

effect of the propagation environment on the waveform selection and its optimization in multibeam sonar to improve the signal imaging performance

this paper investigates the performance of multibeam sonar imaging in underwater acoustic environment using an approach based on wideband orthogonal frequency division modulation (w-ofdm) and gaussian pulse shaping. in the proposed approach, key waveform parameters including subcarrier spacing, symbol duration, and gaussian pulse coefficient are tuned by a particle swarm optimization (pso) algorithm to minimize the peak-to-average power ratio (papr) while maintaining the imaging quality. gaussian shaping is also employed to reduce spectral leakage and improve the spectral characteristics of the signal. simulation results show that the optimized waveform achieves a papr of -3.01 db, which represents a 94.5% reduction compared to the initial value of 0.16 db. in addition, the integrated sidelobe ratio and peak sidelobe ratio values ​​are improved to 4.34 db and 5.96 db, respectively. in terms of computational efficiency, the pso performs better with about 15 times faster convergence speed and 0.13 seconds processing time (compared to 5.81 seconds for the genetic algorithm). these findings indicate that the proposed optimization framework can be used as an effective approach to improve power efficiency and signal quality in multibeam sonar imaging and mapping applications.