Кебкал К. Г. Теоретичне обґрунтування і практична реалізація засобів цифрового зв'язку для гідроакустичних середовищ з характеристиками підвищеної складності

Об'єкт дослідження - процеси формування, поширення і реєстрації гідроакустичних хвиль. Мета роботи: створення наукових основ і побудова технічних засобів, що реалізують стійку і високошвидкісну передачу цифрової інформації гідроакустичним шляхом в умовах, що характеризуються вираженим часовим і допплерівським розсіюванням енергії сигналу, низькою швидкістю поширення і сильно обмеженою шириною частотної смуги. Методи дослідження - методи математичної фізики, числові і фізичні експерименти. Апаратура у складі: цифрова частина - процесор з плаваючою крапкою ADSP21160 SHARC, вентильна матриця FPGA Altera APEX 20K300E240, центральний процесорний модуль DIL/Netpc DNP/1110 з вбудованою ОС Linux і TCP/IP; аналогова частина - підсилювач із автоматичним регулюванням посилення (АРП), який складався із вхідного каскаду на основі малошумливого модуля AD8605 технології Digitrim компанії Analog Devices, і каскаду АРП на основі малошумливого модуля AD605 технології DSX-AMP (Analog Devices), підсилювач потужності - мостовий підсилювач технології PWM (клас Д) із трансформаторним виходом і електронним захистом від перенавантажень. Автором дисертації особисто отримано такі нові наукові результати: 1. Вперше запропоновано використання гідроакустичних коливань з безперервною варіацією частоти в якості носія цифрового гідроакустичного сигналу зв'язку і теоретично обґрунтовані переваги використання носія такого типу в порівнянні з носієм постійної частоти. 2. Вперше розроблена фізична модель цифрового гідроакустичного сигналу з безперервною варіацією частоти (далі - розгорткою носія), а також набула розвитку математична модель гідроакустичного сигналу з розширенням спектра. На основі розроблених моделей приймального цифрового гідроакустичного сигналу вперше сформульовані і встановлені механізми впливу ефектів, обумовлених багатопроменевим поширенням і мультиплікативними (допплерівськими) зсувами, на точність оцінки фази цифрового гідроакустичного сигналу з розгорткою носія. 3. Розроблена математична модель методичної похибки оцінки фази фазоманіпульованого гідроакустичного сигналу з розгорткою носія. 4. Вперше отримані аналітичні оцінки розподілу амплітуди і фази сигналу з розгорткою носія на вході та в додетекторній точці приймача, а також оцінки дисперсій цих розподілів, на основі яких виконано математичне моделювання і чисельне дослідження залежностей імовірності бітової помилки при когерентному та некогерентному прийомі. 5. Вперше отримана теоретично і підтверджена експериментально залежність між тривалістю цифрового сигналу з розгорткою носія і імовірністю бітової помилки в умовах багатопроменевого поширення та мінливості середовища. 6. Отримано аналітичний вираз для ширини смуги частотної когерентності гідроакустичного каналу для випадку передачі сигналів з розгорткою носія. 7. Розроблено новий метод часового упорядкування цифрових гідроакустичних сигналів, що передбачає розстановку псевдовипадкових пауз між сигналами передаваної послідовності, призначений для протидії спотворенням, обумовленим багаторазовими збігами поточного сигналу з запізнілими променевими компонентами попереднього, а також отримав подальший розвиток метод обміну цифровими гідроакустичними сигналами, заснований на передачі кластерів (груп пакетів з даними). На основі кількісного дослідження ефекту тривалої затримки поширення гідроакустичного сигналу встановлено, що використання цього методу дозволяє збільшити щільність передачі інформації в гідроакустичних каналах зі значними затримками поширення сигналу. Практичні результати і ступінь впровадження: - створені повнофункціональні зразки приладів цифрового гідроакустичного зв'язку (експериментальні зразки успішно пройшли відомчі випробування в умовах морських гідроакустичних каналів); - розроблені і затверджені науково обґрунтовані оперативно-тактичні вимоги до засобів цифрового бездротового підводного зв'язку для використання в системі висвітлювання підводної обстановки в зонах відповідальності Військово-морських Сил Збройних Сил України (вимоги затверджені начальником Генерального штабу Збройних Сил України 3 березня 2008 року); - розроблено і затверджено тактико-технічне завдання на дослідно-конструкторську роботу щодо створення пристрою цифрового бездротового підводного зв'язку для використання в системі висвітлювання підводної обстановки в зонах відповідальності Військово-морських Сил Збройних Сил України (проект тактико-технічного завдання затверджений Командувачем Військово-морських Сил Збройних Сил України 9 січня 2009 року). - результати дисертації рекомендовані для застосування в організаціях і установах, що займаються гідроакустичним приладобудуванням, а також для використання у навчальному процесі НТУУ "КПІ".