hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667318040032hydrophysics-806Research ArticleГИДРОАКУСТИКАHYDROACOUSTICSИсследования акустических шумов и характеристик многолучевости в мелководных арктических морях для оптимизации параметров аппаратуры гидроакустической связиResearch of acoustic noises and characteristics of multipath effect in shallow arctic seas to optimize parameters of hydroacoustic communication equipmentБалакинР. А.BalakinR. A.

Санкт-Петербург

St.-Petersburg

rigms@aari.ruВилковГ. И.VilkovG. I.

Санкт-Петербург 

St.-Petersburg

rigms@aari.ruАрктический и антарктический научно-исследовательский институт (ФГБУ «ААНИИ»)РоссияArctic and Antarctic Research Institute» (FSBI «AARI»)Russian FederationАкционерное общество «Научно-производственное предприятие «Радар ммс» (АО «НПП «Радар ммс»)РоссияJoint-stock company "Research and Production Enterprise « Radar mms» (JSC «NPP «Radar mms»)Russian Federation2018171120221141727Copyright © Балакин Р.А., Вилков Г.И., 20222022Балакин Р.А., Вилков Г.И.Balakin R.A., Vilkov G.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/806

Проведены натурные исследования шумов моря и многолучевого распространения акустического сигнала в мелководных арктических морях с дрейфующим ледяным покровом. Цель исследований заключалась в получении количественных оценок уровня и характера шумов моря, а также характеристик многолучевости, необходимых для расчетов гидроакустической аппаратуры связи, предназначенной для контроля и оперативной диагностики технически сложных подводных объектов, таких как добывающие нефтегазовые платформы и трубопроводы. В канале связи использовалась наиболее современная технология передачи данных с ортогональным частотным мультиплексированием OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing), предусматривающая одновременное использование большого числа несущих частот для передачи параллельного двоичного кода, что делает ее оптимальной для сложных условий арктических мелководных морей. Передача параллельного кода с введением некоторой избыточности позволяет обеспечивать высокую скорость передачи данных, максимальную дистанционность и помехоустойчивость. Исследования проводились целенаправленно применительно к использованию технологии OFDM в условиях мелководных арктических морей. Полученные спектральные характеристики шумов моря и количественные оценки многолучевости позволили обосновано выбрать и рассчитать параметры аппаратуры гидроакустической связи с технологией OFDM и обеспечить получение заданных эксплуатационных характеристик в неблагоприятных гидрологических условиях.

Field studies of acoustic sea noises and multipath effect characteristics of signal propagation in shallow Arctic seas covered by drifting ice are carried out. The research is made for the purpose of optimization of characteristics of the equipment of a hydro-acoustic channel of digital communications determined for control and operative diagnostics of technically complex underwater objects, such as submerged buoy stations, producing oil and gas platforms and pipelines. A most modern technology of equipment construction, OFDM-type (orthogonal frequency-division multiplexing), which provides simultaneous emanation of large amounts of narrow-band carrier frequencies for parallel binary code transfer, are planned to be used on the channel of communication. Parallel code transfer with some redundancy added provides high speed of data transfer, maximum remotability and noise immunity. Basic OFDM technology is particularly targeted for multipath effect jamming protection and pulse noise jamming peculiar to shallow ice-covered seas. Statistical measures for levels and nature of sea noises and quantitative meanings of amplitude distribution and certain acoustic rays’ time delays caused by tending and drift velocity influence are received, as well as hydrological conditions. The results of the studies allow the reasonable choice and calculations of equipment parameters with OFDM technology, and they also allow providing reception of specified performance characteristics in adverse hydrological conditions.

гидроакустикашумы морямноголучевость распространения звукадрейфующий ледяной покровтехнология связи OFDMhydro-acousticssea noisesmultipath effect of a sound propagationdrifting iceOFDM communications technologyИсследования проводились при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в ходе выполнения прикладных научных исследований по соглашению № 14.607.21.0009 от 5 июня 2014 г. в рамках Программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы», уникальный идентификатор проекта RFMEFI60714X0009.ReferencesAl-Mahmoud M., Zoltowski M. D. Performance evaluation of code-spread OFDM using vandermonde spreading // IEEE radio and wireless symposium. 2009. P. 320—323.Al-Mahmoud M., Zoltowski M. D. Performance evaluation of code-spread OFDM using vandermonde spreading // IEEE radio and wireless symposium. 2009. P. 320—323.Cimini L. J. Jr. Analysis and Simulation of a Gigital Mobile Channel using Orthogonal Frequency Division Multiplexing // IEEE Trans. Comm. July 1985. V. COM-33, N 7. P. 665—675.Cimini L. J. Jr. Analysis and Simulation of a Gigital Mobile Channel using Orthogonal Frequency Division Multiplexing // IEEE Trans. Comm. July 1985. V. COM-33, N 7. P. 665—675.Тюрин А. М. и др. Основы гидроакустики. Л-д: Изд. Судостроение, 1996. 254 с.Тюрин А. М. и др. Основы гидроакустики. Л-д: Изд. Судостроение, 1996. 254 с.Евтютов А. П. и др. Справочник по гидроакустике. Л-д: Изд. Судостроение, 1988. 178 с.Евтютов А. П. и др. Справочник по гидроакустике. Л-д: Изд. Судостроение, 1988. 178 с.Chitre M., Shahabudeen S., Stojanoviс M. Underwater Acoustic Communications and Networking: Resent Advances and Future Challenges // Marine technology society journal. 2008. V. 42, N 1, P. 103—116.Chitre M., Shahabudeen S., Stojanoviс M. Underwater Acoustic Communications and Networking: Resent Advances and Future Challenges // Marine technology society journal. 2008. V. 42, N 1, P. 103—116.Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение / Пер. с англ. М.: Техносфера, 2005.Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение / Пер. с англ. М.: Техносфера, 2005.Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. Учебное пособие. 3-е изд. СПб.: БХВ-Петербург, 2011.Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. Учебное пособие. 3-е изд. СПб.: БХВ-Петербург, 2011.Гончаров В. Н. и др. Анализ эффективности адаптивной пространственной фильтрации морской реверберации в многолучевом распространении звука // Акустический журнал. 1993. Т. 39, вып. 2. С. 241—248.Гончаров В. Н. и др. Анализ эффективности адаптивной пространственной фильтрации морской реверберации в многолучевом распространении звука // Акустический журнал. 1993. Т. 39, вып. 2. С. 241—248.Warner W. D., Leung C. OFDM/FM Frame Synchronization for Mobile Radio Data Communication // IEEE Trans. Veh. Techn. August 1993. V. 42, N 3. P. 302—313.Warner W. D., Leung C. OFDM/FM Frame Synchronization for Mobile Radio Data Communication // IEEE Trans. Veh. Techn. August 1993. V. 42, N 3. P. 302—313.Рутенко А. Н. Мониторинг антропогенных акустических шумов на шельфе о. Сахалин // Акустический журнал. 2010, Т. 56, № 1. С. 77—81.Рутенко А. Н. Мониторинг антропогенных акустических шумов на шельфе о. Сахалин // Акустический журнал. 2010, Т. 56, № 1. С. 77—81.Щуров В. А., Ляшков А. С. Влияние гидрологических условий на потери при распространении звука на шельфе // Акустический журнал. 2013. № 4. С. 459—468.Щуров В. А., Ляшков А. С. Влияние гидрологических условий на потери при распространении звука на шельфе // Акустический журнал. 2013. № 4. С. 459—468.Александров И. А. Отражение звука от гладких льдов: методика и результаты расчетов // Акустический журнал. 1994. Т. 40, № 4. С. 673—676.Александров И. А. Отражение звука от гладких льдов: методика и результаты расчетов // Акустический журнал. 1994. Т. 40, № 4. С. 673—676.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.