СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ МОДЕМОВ

В статье изложены результаты анализа современного уровня развития технологии передачи данных с использованием гидроакустических модемов, которые получили широкое распространение в подсистеме связи подводных робототехнических комплексов, предназначенных для решения различных задач по исследованию и мониторингу морских акваторий. Рассмотрена специфика передачи данных в подводном акустическом канале. Описаны эффекты, возникающие вследствие низкой скорости распространения звука в подводной среде. Указана возможность искажений вследствие многолучевого распространенияи доплеровского эффекта. Представлен обзор существующих подводных акустических модемов, в котором выделены их основные характеристики, такие как частотный диапазон, дальность действия, скорость передачи данных, тип модуляции и др. Показано, что одними из наиболее важных параметров, определяющих тактико-технические характеристики модемов, являются дальность действия и скорость передачи данных. Выявлена эмпирическая зависимость скорости передачи данных от дистанции. Приводится максимальная на сегодняшний день скорость передачи данных в подводном акустическом канале. Подчеркивается, что приведенные производителями данные соответствуют случаю идеального канала. Отмечены лучшие по приведенным характеристикам производители. Рассмотрены особенности наиболее распространенных типов модуляции. Подробно описана модуляция по технологии Sweep Spread Carrier, позволяющая бороться с эффектом многолучевого распространения и учитывать доплеровское смещение при движении абонентов гидроакустической сети. Рассмотрена технология расширения спектра. Показано, что применение модуляции по технологии расширения спектра позволяет повысить помехоустойчивость гидроакустических модемов. Подчеркивается необходимость формализации расчета соотношения сигнал-шум для гидроакустического канала передачи данных. Определены перспективы развития технологии передачи данных с использованием гидроакустических модемов.

гидроакустический модем, подводный робототехнический комплекс, скорость передачи данных, дальность действия

1. Зубченко Э. С. Перспективы использования автономных подводных необитаемых аппаратов для обеспечения ВМФ гидрографической и океанологической информацией / Э. С. Зубченко, А. М. Шарков // Навигация и гидрография. - 2014. - № 37. - С. 59-65.

2. Инзарцев А. В. Применение автономного необитаемого подводного аппарата для научных исследований в Арктике / А. В. Инзарцев [и др.] // Подводные исследования и робототехника. - 2007. - № 2(4). - С. 5-14.

3. Быкова В. С. Стенд для отработки системы управления автономного необитаемого подводного аппарата / В. С. Быкова [и др.] // Материалы конференции «Управление в морских системах» (УМС-2020). 13-я мультиконференция по проблемам управления. - СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2020. - С. 42-44.

4. Кебкал К. Г. Пути решения проблем создания сетевой подводной связи и позиционирования / К. Г. Кебкал, А. И. Машонин, Н. В. Мороз // Гироскопия и навигация. - 2019. - Т. 27. - № 2 (105). - С. 106-135. DOI 10.17285/0869-7035.2018.27.2.106-135.

5. Пат. 2655702 Российская Федерация, МПК H04R 1/44. Гидроакустическое устройство / А. В. Дикарев, С. М. Дмитриев; заяв. и патентообл. ООО «Лаборатория подводной связи и навигации». - № 2017110037; заявл. 27.03.2017; опубл. 29.05.2018. Бюл. № 16. - 10 с.

6. Annalakshmi G. Underwater Acoustic Modem - Challenges, Technology and Applications - A Review Survey / G. Annalakshmi, M. Sakthivel Murugan // Oceanography & Fisheries Open Access Journal. - 2017. - Vol. 2. - Is. 4. - Pp. 60-69. DOI: 10.19080/OFOAJ.2017.02.555592.

7. Benson B. Design of a low-cost underwater acoustic modem / B. Benson, Y. Li, B. Faunce, K. Domond, Kimball, C. Schurgers, R. Kastner // IEEE Embedded Systems Letters. - 2010. - Vol. 2. - Is. 3. - Pp. 58-61. DOI: 10.1109/LES.2010.2050191.

8. Sendra S. Underwater wireless communications in freshwater at 2.4 GHz / S. Sendra, J. Lloret, J. J. Rodrigues, J. M. Aguiar // IEEE Communications Letters. - 2013. - Vol. 17. - Is. 9. - Pp. 1794-1797. DOI: 10.1109/LCOMM.2013.072313.131214.

9. Вершинин А. С. Сравнительный анализ гидроакустических модемов / А. С. Вершинин // Молодой ученый. - 2015. - № 12 (92). - C. 156-161.

10. Demirors E. A high-rate software-defined underwater acoustic modem with real-time adaptation capabilities / Е. Demirors, G. Sklivantis, G. E. Santagati, T. Melodia, S. N. Batalama // IEEE Access. - 2018. - Vol. 6. - Pp. 18602-18615. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2815026.

11. Агафонов А. В. Свисты и импульсно-тональные сигналы: две системы акустической коммуникации афалин: дис. … канд. биол. наук: 03.02.10: защищена 15.02.2018: утв. 10.01.2018 / Александр Владиславович Агафонов. - М.: ФГБУ Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, 2017. - 178 с.

12. Pat. 6985749 B2 United States, H04B1/707, H04B14/026, H04L1/04, H04L25/4902, H04L27/10, H04L27/32, H04L5/02, H04B2001/6912. Method and devices for transmitting and receiving information / R. Bannash, K. Kebkal. - US20030022651A1; Declared 30.01.2003; publ. 10 Jan. 2006.

13. Kebkal K. G. Sweep-spread carrier for underwater communication over acoustic channels with strong multipath propagation / K. G. Kebkal, R. Bannasch // The Journal of the Acoustical Society of America. - 2002. - Vol. 112. - Is. 5. - Pp. 2043-2052. DOI: 10.1121/1.1504855.

14. Сергиенко А. Б. Цифровая связь / А. Б. Сергиенко. - СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012. - 165 с.

15. Yu X. Wireline Quality Underwater Wireless Communication Using High Speed Acoustic Modems / X. Yu // OCEANS 2000 MTS/IEEE Conference and Exhibition. Conference Proceedings (Cat. No. 00CH37158). - IEEE, 2000. - Vol. 1. - Pp. 417-422. DOI: 10.1109/OCEANS.2000.881294.