Статья

Название статьи СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ГИДРОАКУСТИЧЕСКОМУ КАНАЛУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИНЦИПОВ НЕЛИНЕЙНОЙ АКУСТИКИ
Автор В. Ю. Вишневецкий, Д. А. Колесник, И. Б. Старченко
Рубрика РАЗДЕЛ I. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА АКУСТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
Месяц, год 06, 2018
Индекс УДК 534.222
DOI
Аннотация Рассматриваются вопросы обеспечения подводной акустической связи с использованием параметрических антенн. Высокоскоростная передача данных с использованием гидроакустических средств является актуальной проблемой, поскольку является единственным видом связи для подводных применений. Данная задача решалась ранее, первые станции появились в период второй мировой войны. Однако увеличение объемов информации и современные технические возможности позволяют по-новому взглянуть на эту задачу. Разработка современной системы звукоподводной связи складывается из нескольких отдельных пунктов: разработка гидроакустических средств, способных обеспечить требуемую широкополосность для передачи звуковой и видео информации; разработка цифровых электронных средств и программного обеспечения для обеспечения скорости, безопасности и минимизации ошибок. Рассматривается первая задача, а именно вопросы проектирования гидроакустической излучающей антенны. Проблему широкополосности предлагается решить с помощью параметрических акустических антенн, работающих на физических эффектах нелинейного взаимодействия упругих волн в водной среде. Показано, что такие антенны не только лишены недостатков традиционных акустических излучателей, но и имеют ряд преимуществ, а именно, малые габариты, равномерность амплитудно-частотной характеристики, избирательность излучения и широкополосность. Выполнены расчеты с использованием базового уравнения гидролокации, модифицированного для систем звукоподводной связи при различных значениях коэффициента распознавания: для обеспечения минимального и максимального качества связи. Расчеты показали, что, несмотря на основной недостаток параметрических антенн – низкий коэффициент полезного действия – система может обеспечить дальности действия, необходимые для решения поставленных задач. Рассмотрена работа системы в двух режимах: низкочастотном 0,5 – 2 кГц и высокочастотном 20-30 кГц. При этом дальности действия составили от 0,8 до 1,8 км в низкочастотном режиме и от 6 до 10,5 км в высокочастотном режиме. Предложена сема реализации звукоподводной связи с применением параметрической антенны. В заключении сделан вывод о достоинствах такого рода антенн и возможности построения системы односторонней связи с одиночным водолазом или группой в пределах мелководной и небольшой акватории (до 10 м в глубину и до 1 км по дистанции).

Скачать в PDF

Ключевые слова Звукоподводная связь; широкополосность; параметрическая антенна; уравнение гидролокации; дальность действия; качество связи.
Библиографический список 1. Митько В.Б., Евтютов А.П., Гущин С.Е. Гидроакустические средства связи и наблюдения. – Л.: Судостроение, 1982. – 200 с.
2. Kumar R., Thakur N., Thakur V. An overview of sonar andacoustic underwater communication // International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering. – May 2013. – Vol. 2, Issue 5. – P. 1997-2003.
3. Yusof M.A., Kabir Sh. An overview of sonar and electromagnetic waves for underwater communication // IETE Technical Review. – July 2012. – Vol. 29 (4). – P. 307.
4. Давыдов А.В., Данилов Е.В., Дмитриченко В.П., Филиппов Д.Г., Шавель Ю.Б. Гидроакустические антенны акваторной станции слежения за подводными пловцами // Труды IX всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». – СПб.: Наука, 2008. – С. 214-217.
5. Sharma H.V., Manglani N. Underwater Communication Systems: A Review // International Journal of Science, Engineering and Technology. – 2017. – Vol. 5, Issue 3. – P. 51-56.
6. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. – Л.: Судостроение, 1981. – 264 с.
7. Кириченко И.А., Пивнев П.П., Старченко И.Б. К вопросу об обеспечении езопасности передачи данных по волноводному каналу в морской среде с дисперсией // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2010. – № 11 (112). – С. 92-99.
8. Starchenko I.B. Chaotic Underwater Communication System Using Parametric Array // Book of Abstracts “1st International Conference on Underwater Acoustic Measurements: Technologies and Results. IACM/FORTH”. – Heraklion, Crete, 2005. – P. 151.
9. Li Q. Digital Sonar Design in Underwater Acoustics: Principles and Applications. – Springer Science & Business Media, 2012. – 600 p.
10. Урик Роберт Дж. Основы гидроакустики / пер. с англ. – Л.: Судостроение, 1978. – 448 с.
11. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. – Л.: Судостроение, 1989. – 231 с.
12. Бурдик В.С. Анализ гидроакустических систем. – Л.: Судостроение, 1988. – 392 с.
13. Berkhovskikh L., Lysanov Y. Fundamentals of Ocean Acoustics. – New York: Springer, 1982.
14. Zhou S., Wang Z.-H. OFDM for Underwater Acoustic Communications. John Wiley and Sons, Inc., 2014.
15. Demirors E., Sklivanitis G., Santagati G.E., Melodia T., Batalama S.N. Design of A Software-defined Underwater Acoustic Modem with Real-time Physical Layer Adaptation Capabilities // Proc. of ACM Intl. Conf. on Underwater Networks & Systems (WUWNet), Rome, Italy, November 2014.
16. Wong K.T., Chi H. Beam Patterns of an Underwater Acoustic Vector Hydrophone Located Away from any Reflecting Boundary // IEEE Journal of Oceanic Engineering. – July 2002.– Vol. 27, No. 3. – P. 628-637.
17. Yang T.C. Temporal resolutions of time-reversal and passive phase conjugation for underwater acoustic communications // IEEE J. Oceanic Eng. – 2003. – Vol. 28. – P. 229-245,
18. Stojanovic M., Catipovic J.A., Proakis J.G. Reduced-complexity spatial and temporal processing of underwater acoustic communication signals // J. Acoust. Soc. Am. – 1995. – Vol. 98.– P. 961-972.
19. Akyildiz I.F., Pompili D., Melodia T. Underwater Acoustic Sensor Networks: Research Challenges // Ad Hoc Networks (Elsevier). – March 2005. – Vol. 3, No. 3. – P. 257-279.
20. Catipovic J., Brady D., and Etchemendy S. Development of underwater acoustic modems and networks // Oceanography. – Mar. 1993. – Vol. 6. – P. 112-119.

Comments are closed.