автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.02, диссертация на тему:Разработка и исследование аппаратуры гидроакустической связи и управления для сети автономных донных станций

Р Г Б ОД

- О МАИ

На правах рукописи

КРИВОЛАПОВ ГЕННАДИЙ ИЛЛАРИОНОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АППАРАТУРЫ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ И УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ СЕТИ АВТОНОМНЫХ ДОННЫХ

СТАНЦИЙ

05.12.02 Системы и устройства передачи информации по каналам связи 04.00.22 Геофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 1995

Работа выполнена в Сибирской государственной академии телекоммуникаций и информатики

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Г.А. Чернецкий

Научный консультант - кандидат технических наук,

профессор A.A. Макаров

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор В.И. Кузин,

кандидат технических наук, доцент В.Б. Малинкин.

Ведущая организация - Конструкторско-технологический институт

вычислительной техники СО РАН.

Защита состоится 25 мая 1995 г., в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 118.07.01 в Сибирской государственной академии телекоммуникаций и информатики, по адресу: 630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86.

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке Сибирской государственной академии телекоммуникаций и информатики.

Автореферат разослан "_ " апреля 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

Б.И. Крук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Развитие и совершенствование морских сейсмических и геофизических исследований в последнюю четверть века связано с созданием информационно-исследовательских комплексов на основе автономных донных станций.

Автономные донные станции (АДС) предназначены для проведения морских геофизических исследований и представляют собой необитаемые объекты, содержащие в герметичном контейнере измерительные датчики, средства обработки и хранения информации, устройство управления, средства связи, автономный источник питания. АДС удерживаются на дне и в толще воды с помощью якоря-балласта. По окончании измерений по сигналу от встроенного таймера или по приему на АДС специального сигнала происходит отделение якоря-балласта, донная станция всплывает на поверхность.

Станции размещаются на дне или в толще воды, как правило на глубинах до 6000 метров, в общем случае произвольным образом на некотором расстоянии друг от друга, составляя измерительную сеть. Измерительная сеть обслуживается надводным судном, с которого осуществляется постановка и подъем донных станций, дистанционное управление их работой, считывание данных измерений. Обмен информацией между судном и АДС осуществляется с помощью гидроакустических сигналов.

Первые упоминания о применении гидроакустических средств связи и управления для обеспечения работы донных станций относятся к середине 60-х годов. В 1965 г. в рамках проекта "Вела-Юниформ" (США) была изготовлена донная станция, оборудованная гидроакустическим передатчиком (несущая 10,5 кГц) с частотной модуляцией, который использовался для передачи цифровых данных от сейсмодатчиков. Кроме того донная станция была оборудована обратным каналом для передачи 13 команд управления с судна на частоте 14 кГц простым время-импульсным кодом.

С развитием эффективных средств записи и хранения данных в контейнере донных станций гидроакустическая аппаратура, устанавливаемая на АДС, использовалась, в основном, в качестве гидроакустического маяка и для дистанционного отделения якоря-балласта. Часто в качестве команды используется тональный сигнал.

Увеличение количества разработок аппаратуры гидроакустической связи и управления приходится на начало 80-х годов и связано с появлением цифровых автономных донных станций. В цифровых АДС данные измерений представля-

ются в цифровой форме, как правило, осуществляется их предварительная обработка встроенной лшкро-ЭВМ, для хранения информации используются твердотельные накопители. Цифровые АДС отличает повышенный срок автономной подводной работы. Поэтому возникает задача дистанционной проверки работоспособности донных станций, управления их работой, считывания данных измерения без подъема АДС на поверхность. Был выполнен ряд соответствующих разработок аппаратуры гидроакустической связи и управления, среди которых наибольшую известность получили работы Балакина P.A., Сувилова Э.В., Шехва-това Б.В., Морозова А.К., Gonzales F., Milburn К.

Традиционно при построении аппаратуры применяются, как правило, асинхронные методы передачи, основанные на использовании амплитудной, ко-дово-импульсной и частотной модуляции. Для уверенного прохождения сигналов часто мощность передачи выбирается из условий обеспечения на входе приемника отношения сигнал/шум не менее 30 дБ.

Настоящая работа посвящена разработке и исследованию аппаратуры гидроакустической связи и управления для работы обслуживающего судна сети автономных донных станций, предназначенных для проведения геофизических исследований в Океане. В ней представлены результаты, полученные автором в процессе разработки аппаратуры гидроакустической связи и управления для автономных донных станций в период с 1980 по 1995 г.г.

Актуальность выполненных исследований обусловлена потребностью в развитии средств изучения и освоения Мирового океана с помощью необитаемых автономных донных станций в соответствии с программой "Общегосударственная комплексная программа исследований Мирового океана в интересах науки и народного хозяйства на 1986 -1990 гг. и на перспективу до 2000 года", принятая Постановлением ГКНТ и ГОСПЛАНа СССР от 14.08.86 г. N 378, Постановлением Совета Министров (Правительства) Российской Федерации от 21.12.93 г. N 31468.

Цель работы - исследование характеристик гидроакустических каналов связи вертикальной ориентации; разработка аппаратуры гидроакустической связи и управления, обеспечивающей работу обслуживающего судна в сети автономных донных станций.

Научная и практическая значимость работы заключается в получении новой информации о статистических характеристиках гидроакустических каналов связи вертикальной ориентации; в разработке алгоритма передачи на АДС команд управления и квитанций, в выборе ансамбля сигналов, обеспечивающих

надежное управление подводными объектами с одновременным определением расстояния, ориентированных на применение современной цифровой элементной базы, в создании ряда образцов аппаратуры гидроакустической связи и управления для работы обслуживающего судна в сети автономных донных станций.

Результаты работы могут быть использованы при создании новых более эффективных средств гидроакустической связи, управления и навигации.

Методы исследования. При получении теоретических результатов в работе использовались методы статистической радиотехники, теории вероятностей, математической статистики. При получении экспериментальных результатов осуществлялось макетирование аппаратуры, проведение ее натурных испытаний с использованием методов математической статистики при планировании и проведении эксперимента.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1). Получены экспериментальные оценки статистических характеристик гидроакустических каналов связи вертикальной ориентации;

2). Показано, что применение в гидроакустическом канале связи вертикальной ориентации для реализации аппаратуры направленных гидроакустических антенн с экранировкой тыльного направления позволяет значительно ослабить влияние на прием сигналов многолучевости, вызванной отражением акустического сигнала от границ "вода-воздух", "вода-дно";

3). Предложено для описания гидроакустического канала связи вертикальной ориентации использовать модель канала с медленно меняющимися параметрами;

4). Предложен алгоритм передачи команд управления и квитанций;

5). Сформулированы критерии выбора сигналов для аппаратуры гидроакустической связи и управления;

6). Разработан эффективный способ определения времени распространения акустического сигнала между объектами, разделенными водной средой (определение расстояния между ними).

Реализация результатов работы:

1). Разработан комплекс для исследования статистических характеристик каналов связи;

2). Разработаны б образцов аппаратуры гидроакустической связи и управления для автономных донных станций различного назначения;

3). Проведены натурные испытания разработанных образцов аппаратуры; получены экспериментальные оценки качества передачи сигналов по гидро-

акустическим каналам связи вертикальной ориентации в диапазоне скоростей от 50 до 1600 бит/с.

На защиту выносятся:

1). Результаты экспериментальных исследований статистических характеристик гидроакустических каналов связи вертикальной ориентации;

2). Модель канала гидроакустического канала связи вертикальной ориентации;

3). Алгоритм обмена сигналами управления и квитанций между судном и автономными донными станциями, объединенными в сеть;

4). Критерии выбора сигналов для аппаратуры гидроакустической связи и управления, обеспечивающей работу судна в сети автономных донных станций;

5). Алгоритм определения времени распространения акустического сигнала (наклонной дальности) между судном и донной станцией, совмещенный с передачей команд управления.

Основные результаты работы представлены в 20 публикациях, защищены 2 авторскими свидетельствами и 1 патентом.

Личный вклад. Автор в качестве ответственного исполнителя осуществлял разработку комплекса для исследования статистических характеристик гидроакустических каналов связи, формулировал требования по выбору сигналов и разрабатывал алгоритм передачи команд управления, предложил алгоритм определения времени распространения акустического сигнала между судном и донной станцией, совмещенный с передачей команд управления, осуществлял исследования гидроакустического канала связи и натурные испытания разработанных образцов аппаратуры. Постановка задачи, получение результатов, формулировка выводов в совместных опубликованных работах выполнялась на равных правах с другими соавторами.

Представление результатов научной общественности: результаты выполненной работы представлялись на заседаниях Межведомственной комиссии по сейсмостойкому строительству и цунами при Президиуме Академии наук СССР (Москва, 1982 г., 1988 г. Ленинакан, 1987 г.), на международных конференциях (Новосибирск, 1989 г., 1995 г.), на Всесоюзных конференциях (Москва, 1983 г., 1985г., 1989 г., 1990 г., 1991 г., Рязань, 1985 г., Новосибирск, 1984 г., 1985 г., 1987 г.), на конференциях СНГ (Москва 1993 г.), на республиканских конференциях (Киев, 1983 г., 1986 г.), на Дальневосточной акустической конференции (Владивосток 1982 г., 1986 г.), на конференциях областного отделения НТОРЭС им. A.C. Попова (Новосибирск 1982 г.,1983 г., 1984 г., 1986 г., 1988 г., 1989 г.).

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка используемой литературы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненной работы, показаны тенденции развития аппаратуры гидроакустической связи и управления.

В первой главе дана классификация гидроакустических каналов связи; отмечено, что гидроакустические каналы, используемые для работы судна в сети АДС, относятся к гидроакустическим каналам связи вертикальной ориентации. Недостаточный объем приведенных в литературе данных о статистических характеристиках каналов вертикальной ориентации для разработки аппаратуры гидроакустической связи и управления привел к необходимости их дополнительных экспериментальных исследований.

Разработан анализатор характеристик гидроакустических каналов связи и методика его применения.

В ходе исследований получены следующие результаты:

1). Одномерная функция плотности распределения уровня шума \У (П),

I

оценки математического ожидания и дисперсии шума о^ ;

2). Одномерная функция плотности распределения уровней принимаемого гидроакустического сигнала V/ (Е), и оценки их математического ожидания те , дисперсии а* ;

3). Одномерная функция плотности распределения фазы принимаемых гидроакустических сигналов V/ (<р), оценки их математического ожидания дисперсии а у ;

4). Нормированная корреляционная функция амплитуды сигнала Я (т) и интервал корреляции т;

5). Оценки величины максимально достижимой скорости передачи.

Анализ данных измерений характеристик гидроакустических сигналов

позволяет утверждать, что соответствующие случайные процессы могут быть описаны на основе нормального распределения и связанных с ним распределениями Релея, Релея-Райса и нормально логарифмическим. При этом нормальное распределение встречается наиболее часто.

Исследования подтвердили предположение, что применение направленных гидроакустических антенн с экранировкой тыльного направления позволяет

значительно ослабить влияние на прием сигналов помехи, вызванной обратным рассеянием звука на границах "вода-воздух", "вода-дно".

Предложено для описания гидроакустического канала связи вертикальной ориентации использовать модель канала с переменными параметрами, в котором: помехи имеют, преимущественно, аддитивный характер с законом распределения, близким к распределению гауссова процесса;

практически отсутствует явление рефракции, сигнал от источника до приемника распространяется практически прямолинейно;

ослабление (затухание) сигнала при передаче происходит в основном из-за расширения фронта волны и поглощения в среде;

действие мультипликативной помехи, проявляющееся в виде флуктуаций уровня сигнала, и обусловлено изменением коэффициента передачи канала вследствие изменения взаимной ориентации приемной и передающей антенн при качке судна;

скорость флуктуаций уровня и фазы сигнала существенно ниже скорости передачи.

Вторая глава посвящена разработке алгоритма обмена сигналами команд управления и квитанций и выбору сигналов для аппаратуры гидроакустической связи и управления.

В состав аппаратуры гидроакустической связи и управления (АГАС) входят: судовая часть АГАС; донные части АГАС (по числу донных станций, входящих в сеть). Предполагается, что в сети действуют большое количество донных станций (10 и более), расположенных произвольным образом на определенной территории.

Разработан алгоритм функционирования сети, в котором инициатива установления связи принадлежит судну. В любой момент времени связь может устанавливаться только с одной донной станцией. В это время другие АДС должны находиться в режиме ожидания вызова. "Получателем" информации на судне является судовая ЭВМ.

Исходя из принципов работы сети автономных донных станций к аппаратуре гидроакустической связи и управления предъявляются следующие требования: обеспечение поиска и установление связи с любой из АДС сети по вызову ее с судна; обеспечение передачи на выбранную АДС необходимого количества (как правило, несколько десятков) команд управления различного назначения -включение, выключение, передача данных измерений, всплытие и т.д.; высокая надежность и помехозащищенность вызова АДС и приема на ней команд управле-

ния; требуемая достоверность передачи информации из донной станции на судно; слежение за АДС в процессе ее постановки и подъема.

Определяющими при реализации этих требований во многих случаях являются объем, вес и мощность потребления частью аппаратуры, размещаемой в контейнере АДС. Задача создания АГАС с требуемыми эксплуатационными характеристиками может быть решена путем применения цифровых алгоритмов формирования и обработки гидроакустических сигналов, ориентированных на использование современной цифровой элементной базы, прежде всего, встроенных микро-ЭВМ.

АГАС может считаться многостанционной системой связи, в которой донные станции являются абонентами, а обслуживающее судно - центральной станцией. В любой момент времени судно может осуществлять обмен сигналами только с одной АДС, при этом АГАС работает как одноканальная. При вызове одной из донных станций в сектор обзора гидроакустической антенны центральной станции могут попадать и другие абоненты, при этом возникают такие же проблемы разделения сигналов, как и в системах многоканальной связи.

Предложен для реализации в АГАС асинхронный, адресный, стартстоп-ный алгоритм вхождения в связь; для передачи адресов и сигналов управления предложено использовать двоичные последовательности, передаваемые методом относительной фазовой (ОФМ) или дискретной частотной модуляции (ЧМ). Прием сигналов осуществлять корреляционным приемником двоичных символов, на выходе которого включены соответствующие декодеры и дешифраторы.

Особенностью предложенных цифровых приемников является введение в их состав ограничителя входного сигнала, в котором осуществляется формирование из принимаемого сигнала Эп последовательности прямоугольных импульсов 5п(Ч), соответствующих знаку мгновенных значений Бп¿х(1)- Принятие решения о переданном двоичном символе "I" осуществляется путем обработки последовательности Бп^) на длительности элемента сигнала Т.

При приеме сигналов ОФМ сначала на длительности Т элемента сигнала осуществляется вычисление значений двух корреляционных функции Уп, Хп последовательности Эп (I) и двух опорных последовательностей прямоугольных импульсов, соответствующих знакам мгновенных значений синфазной Со$(2лЛ) и квадратурной 8т(2лП) составляющих гармонического сигнала с частотой принимаемого сигнала; затем осуществляется оценка фазы Фп принимаемого сигнала, которая вместе с оценкой фазы Фп-1, полученной на предшествующем символе, используется для принятия решения о переданном символе I.

(la)

(п-1)Г nT

Xn = Sign[Sin(2Ttf t)] dt,

(n-t)T

(16)

где Sign(z) - операция вычисления знака z.

- я - Yn, при (| Xn! >| Ynl) & (Xn <0) & (Yn < 0), -к 12 + Xn, при (I Xnl <| Ynl) & (Yn <0),

Фп= 4 Yn, при (i Xnl >1 Ynl) & (Xn > 0),

(2)

где & - операция конъюнкции;

I = Sign[| Фп - Фп-f I - я /4].

(3)

При приеме ЧМ сигналов на длительности элемента сигнала Т вычисляются две пары корреляционных функций Yno, Хпо и Yn ( , Xn i последовательности Sn (t) и двух пар последовательностей прямоугольных импульсов, соответствующих знакам мгновенных значений квадратурных составляющих гармонических сигналов с частотами ГО и fl, равными частотам сигналов символов "0" и "1", значения корреляционных функций Yno , Хпо и Ynl, Xn 1 используются для принятия решения о переданном символе I.

На рис. 1 приведены результаты сравнительных испытаний указанных цифровых приемников. Использование сигналов ОФМ обеспечивает по сравнению с ЧМ небольшой, около 1,5 дБ, выигрыш по мощности. Однако это различие можно считать несущественными и рекомендовать для построения аппаратуры оба метода передачи (ЧМ и ОФМ).

Выбор ансамбля сигналов для передачи команд управления и квитанции осуществляется исходя из предельного значения вероятности неверной выдачи команды управления Ро получателю на донной станции и условия передачи команды по кольцу управления за время 1у.

Вероятность неверной выдачи команды управления Ро получателю на донной станции равна сумме трех составляющих: вероятности набора команды из шумов Рлн, вероятности трансформации команды, предназначенной для ¡-той донной станции, в команду .¡-той АДС РтрОЛ), вероятности трансформации

I = Sign[(l Ynol + | Xnol) - (I Yni! + I XnY I)]

(4)

ч

одной команды, передаваемой на некоторую донную станцию, в другую команду управления той же АДС Рно (прием команды с необнаруживаемой ошибкой).

Ро = Рлн + РтрОЛ) + Рно. (5)

Под временем управления Ху понимается интервал времени от момента принятия на судне решения о необходимости выполнения какой-либо операции на АДС до получения информации о ее выполнении. Предложено:

реализовать в аппаратуре комбинированное устройство защиты от ошибок, основанное на использовании корректирующего кода, обнаруживающего ошибки, в сочетании с И-кратной передачей кодовых комбинаций;

осуществлять разделение сигналов управления между донными станциями кодовыми методами путем использования синхронизирующей М- последовательности и кодовой комбинации циклического кода;

считать сигналы, используемые для передачи команд на выбранную донную станцию, сигналами вызова этой АДС;

применять для передачи квитанций сигналы, противоположные сигналам команд управления.

А 2. 3 А 5" —*- ^

ч ч \ \ ОФМ ЭКСПЕР. /

^ s

\ N \ \ Л. ЧМ. ^ЭКСПЕР.

ОФМ^ ТЕОРЕТ у чм - уГЕОРЕТ \\ \

Рис. 1. Результаты сравнительных испытаний приемников.

Предложен следующий алгоритм передачи команд управления. С судна передается сигнал команды управления, состоящий из Ы} повторяющихся пар: синхронизирующей М-последовательности и кодовой комбинации циклического (п,к)-кода. На донной станции сигнал демодулируется, после обнаружения дешифратором синхронизирующей М-последовательности включается декодер циклического кода. Если в кодовой комбинации не обнаруживается ошибок, то команда считается принятой. Команда подается на исполнение, одновременно формируется и передается на судно сигнал квитанции, состоящий из Ы2 повторяющихся пар проинвертированных синхронизирующей М-последовательности и кодовой комбинации циклического кода принятой команды. Прием сигнала квитанции осуществляется аналогично. При получении на судне первой неискаженной помехами кодовой комбинации циклического кода квитанция считается принятой, оператору выдается сообщение.

Возможны два варианта разделения сигналов команд управления между донными станциями. В первом, синхронизирующая М-последовательность выполняет роль адреса АДС, а передаваемая за ней кодовая комбинация циклического кода служит для передачи номеров команд. Количество используемых М-последовательностей должно соответствовать количеству АДС в сети. Разделение сигналов между донными станциями осуществляется только по их адресам, а комбинации номеров команд для разных АДС могут совпадать. Во втором варианте, синхронизирующая последовательность может быть одинаковой для всех АДС, а разделение сигналов между донными станциями по кодовым комбинациям номеров команд управления.

Применение первого варианта разделения сигналов предпочтительно при небольшом количестве АДС в сети (до 6). При большем количестве донных станций целесообразно применять второй вариант.

Длина синхронизирующей М-последовательности Ь выбирается исходя из допустимой вероятности ложного набора команды управления из шумов Рлн.доп.

Ь £ - 1о§^лн.доп. (б)

Выбор циклического кода должен осуществляться исходя из допустимой вероятности приема на АДС команды с необнаруживаемой ошибкой Рно.доп.

п - 1оё2[1-(1-р)п ] г к - 1оёг Рно.доп, (7)

где р - вероятность ошибки в канале связи; к - количество информационных символов в комбинации; п - длина кодовой комбинации.

При первом варианте разделения сигналов количество информационных символов к определяется количеством команд К, передаваемых на каждую из АДС. При втором варианте разделения сигналов количество информационных символов к определяется не только количеством команд К, передаваемых на каждую из АДС, но и количеством донных станций А, объединенных в сеть.

Количество повторных передач кодовых комбинаций команд N у и квитанций Ы^ выбирается таким образом, чтобы с вероятностью Ру не превышалось время управления 1у.

где Тком - затраты времени на формирование сигнала команды;

2А1 - время распространения сигнала от судна до АДС и обратно;

Та - затраты времени на прием команды управления АДС;

Ти - время на исполнение команды управления;

Ткв - затраты времени на формирование сигнала квитанции;

Тс - затраты времени на прием квитанции на судне;

Тинд - время на выдачу (индикацию) информации оператору об исполнении команды управления на донной станции;

V - скорость передачи.

Применение условия (8) для выбора количества повторных передач кодовых комбинаций в составе сигналов команд и квитанций справедливо, если в аппаратуре реализован дуплексный режим передачи. При невозможности реализации в АГАС дуплексного режима работы, например, из-за использования гидроакустических антенн поочередно на прием и на передачу должно учитываться дополнительное условие

Увеличение длительности сигнала квитанции на 2 кодовые комбинации приводит к увеличению потребления энергии донной частью АГАС от автономного источника питания АДС, что в ряде случаев является недопустимым. Поэтому предложено начинать передачу квитанций с задержкой, после окончания сигнала команды.

В третьей главе рассматриваются методы определения расстояния между судном и АДС, основанные на измерении времени распространения Д1 гидроакустических сигналов между ними. С этой целью в момент времени Т1 с судна посылается зондирующий гидроакустический сигнал А, который принимается на

Ы, + < (:у -2 М -Тком -Ти -Ткв -Тинд) V/ (Ь + п),

(8)

Ру>{[1-(1-р)г_+Л](1-1/2

N¿=N,+ 2.

(9)

донной станции, в момент времени Tg. После чего из АДС передается ответный гидроакустический сигнал В, который принимается на судне в момент времени Т2. Рассчитывается время распространения сигнала At = (Т2 - Т1)/2 . Полученное значение At используется для определения расстояния S между судном и АДС S=At С , где С - скорость звука в воде. Основной причиной погрешности в определении времени распространения а(Л t) является действие помех и связанная с этим неопределенность моментов обнаружения на АДС зондирующего сигнала А o(Tg) и ответного сигнала В на судне о(Т2).

При приеме сигнала согласованным фильтром неопределенность момента его обнаружения c(to) равна

o(to) = a(Tg) = о(Т2) = Т /( h/в), (10)

где Т - длительность элемента сигнала; В - база сигнала; í i

h = Ps/o -отношение сигнал/шум на входе фильтра.

Предложено для определения расстояния использовать сигналы команд управления и квитанций, их прием осуществлять приемником, состоящим из корреляционного приемника двоичных символов и соответствующих этим сигналам дешифраторов и декодеров. Дисперсия момента приема сигнала в этом приемнике определяется дисперсией положения тактовых импульсов на выходе сиг

стемы тактовой синхронизации стс.

Проведено сравнение неопределенностей момента приема сигналов команд управления (квитанций) и одиночных импульсов в предположении, что в аппаратуре реализована система тактовой синхронизации на основе цифровых делителей частоты с управляемым коэффициентом деления. На рис. 2 представлена зависимость отношения неопределенностей с , (tо)/ ос , где а 1 (to) - нормированное значение неопределенности момента обнаружения одиночного импульса,

о i (to) = c(to)/T. Прямые 1 и 2 характеризуют точность обнаружения согласованным фильтром моноимпульсного сигнала и составного сигнала с базой В = 64, соответственно. Она достигается, если длина синхронизирующей М - последовательности и кодовой комбинации циклического кода, составляющих сигналы команд управления и квитанций удовлетворяет условию

(L + п) > (60; 70). (11)

Предложен следующий алгоритм определения расстояния, совмещенный с передачей команд управления. В момент времени Т1 с судна передается сигнал команды, состоящий из Nf пронумерованных кодовых комбинаций. Номера передаются в составе соответствующих кодовых комбинаций. На донной станции

нал/шум в канале II3 для разных величин шага коррекции положения выходных импульсов системы тактовой синхронизации Д/Т.

принимается кодовая комбинация с порядковым номером п1 сигнала команды, при декодировании которой не обнаруживается ошибок. Команда подается на исполнение. Одновременно в сторону судна излучается сигнал квитанции, состоящий из пронумерованных кодовых комбинаций, в составе каждой из которых кроме идентификатора АДС, номера К поступившей на донную станцию команды управления передается указанный порядковый номер п1 декодированной без ошибок кодовой комбинации сигнала команды. На судне в момент времени Т2 принимается кодовая комбинация с порядковым номером п2 сигнала квитанции, в которой при декодировании не обнаруживается ошибок; ее номер п2 вместе с номером п1 используется для вычисления времени распространения Д1 согласно соотношению

Д1 =[Т2 - Т1 - (п 1 + п2) (Ь + п) Т]/2. (12)

При полудуплексном режиме работе рекомендуется передачу сигнала квитанции из АДС начинать с задержкой Тзад после декодирования в донной части кодовой комбинации сигнала команды.

Тзад = Тао - п1 (Ь + п) Т, (13)

где Тао - фиксированный интервал времени, Тао > N (I. + п)Т.

Тогда время распространения акустического сигнала между судном и донной станцией равно

Д1 =[Т2 - Т! - Тао - п2 (Ь + п) Т]/2. (14)

Предложенные алгоритмы определения расстояния между судном и АДС реализованы в АГАС и испытаны в натурных условиях.

Четвертая глава посвящена реализации результатов работы при создании аппаратуры гидроакустической связи и управления. Рассматриваются вопросы проведения натурных испытаний разработанных образцов аппаратуры и оценки точности результатов испытаний.

В заключении кратко сформулированы основные полученные результаты , которые сводятся к следующему:

1. Экспериментально доказано, что при использовании гидроакустических антенн с экранировкой тыльного направления значительно ослабляется влияние реверберационной помехи, вызванной обратным отражением акустического сигнала от границ "вода-воздух", "вода-дно". Основным видом помех, действующих в гидроакустическом канале связи вертикальной ориентации, являются аддитивные помехи, близкие по свои статистическим характеристикам к гауссову процессу.

2. Предложен для реализации в АГАС асинхронный, адресный, стартстоп-ный алгоритм вхождения в связь с использованием для передачи команд управления и квитанций двоичных последовательностей, передаваемых методом относительной фазовой и дискретной частотной модуляции.

3. Предложено: реализовать в аппаратуре комбинированное устройство защиты от ошибок, основанное на использовании корректирующего кода, обнаруживающего ошибки, в сочетании с М-кратной передачей кодовых комбинаций; разделение сигналов между абонентами осуществлять кодовыми методами путем использования синхронизирующей М- последовательности и кодовой комбинации циклического кода; считать сигналы, используемые для передачи команд на выбранную донную станцию, сигналами вызова этой АДС; применять для передачи квитанций сигналы, противоположные сигналам команд управления.

4. Предложено совместить определение расстояния между судном и АДС с передачей команд управления.

5. Предложенные алгоритмы ориентированы на применение современной цифровой схемотехники и реализованы в 6 образцах аппаратуры разного назначения, натурные испытания которых подтвердили адекватность выбранных моделей и предложенных решений. Экспериментально доказана возможность качественной передачи по гидроакустическим каналам связи вертикальной ориентации цифровой информации со скоростями от 50 до 1600 бит/с.

Разработанные способ передачи команд управления и способ определения расстояния признаны изобретениями, защищены 2 авторскими свидетельствами и 1 патентом.

Публикации по теме диссертации.

1. Криволапов Г.И., Макаров A.A., Чернецкий Г.А., Чиненков Л.А. Об измерении информационных характеристик гидроакустических каналов связи // 3-я Дальневосточная акустическая конф. "Человек и океан": Тез. докл. - Владивосток, 1982. - С. 14-16.

2. Криволапов Г.И., Макаров A.A., Чернецкий Г.И. Прогноз качества функционирования гидроакустического канала связи // У Всесоюз. науч.-техн. конф. "Надежность и качество функционирования информационных сетей и их элементов": Тез. докл., 2-4 июня 1985.- Новосибирск; - С. 287-289.

3. Ковязин В.И., Криволапов Г.И., Макаров A.A., Чернецкий Г.А. Оценка качественных характеристик гидроакустического канала передачи данных. // Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 30.10.85, N 767-св.

4. Криволапов Г.И., Макаров A.A., Чернецкий Г.А. Система передачи данных для распределенной сети сбора и обработки телеметрической информации // Всесоюз. науч.-техн. семинар "Техническое и программное обеспечение передачи и телеобработки данных в ИВС и АСУ". Тез. докл. - Рязань; 1985. - с. 28.

5. Криволапов Г.И., Макаров A.A., Чернецкий Г.А. Комплекс устройств для передачи данных по гидроакустическому каналу связи. // Четвертая Дальневосточная акустическая конф. "Акустические методы и средства исследования Океана": Тез. докл., - Владивосток, 1986.- С. 107-108.

6. Криволапов Г.И., Макаров A.A., Чернецкий Г.А. Передача данных по гидроакустическому каналу связи. // Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" 19.02.87, N 1046-св87.

7. Криволапов Г.И., Потеряева Л.А., Чернецкий Г.А. Результаты испытания аппаратуры двусторонней гидроакустической связи для автономных донных станций // Методика и техника сейсмоакустических и вибросейсмических исследований на акваториях: Сб. науч. тр. ВЦ СО АН СССР; Под ред. Добрин-ского В.И. - Новосибирск, 1988. - С. 10-16.

8. Криволапов Г.И., Макаров A.A., Постников Н.И., Чернецкий Г.А. Некоторые результаты испытаний АГАС для управления и диагностики ДСС // Методика и техника сейсмоакустических и вибросейсмических исследований на аква-

ториях: Сб. науч. тр. ВЦ СО АН СССР; Под ред. Добринского В.И. - Новосибирск, 1988.-С. 17-25.

9. Криволапое Г.И. Об одном способе определения расстояния между судном и донной станцией // 1 Всесоюз. конф. по морской сейсмологии и сейсмометрии: Тез. докл.,- М.; 1989. - С.66-67.

10. Ковязин В.И., Криволапов Г.И., Макаров A.A., Чернецкий Г.А. Статистические характеристики гидроакустических каналов для АДС // Морская сейсмология и сейсмометрия. - М.; 1989, - С. 74-80.

11. Криволапов Г.И., Макаров A.A., Чернецкий Г.А., Финогенов В.М. Принципы построения сети гидроакустической телеметрии на основе АДС // Морская сейсмология и сейсмометрия. - М.; 1989, - с. 65-74

12. Krivolapov G.I., Makarov A.A., Chernetsky G.A. The underwater acoustic communication equipment for seismic and geophysical research II Tsunavimis: their science and hazard mitigation proceedings of the international tsunami symposium. July 31-August 3, 1989. /Edited by V.K. Gusakov - Novosibirsk; -P. 290-293.

13. Гавриленко B.C., Густокашин С.И., Криволапов Г.И., Макаров A.A. и др. Аппаратура определения расстояния между судном и донной станцией // 1 Всесоюз. конф. по морской сейсмологии и сейсмометрии: Тез. докл. - М., 1989. -с.51.

14. Чернецкий Г.А., Криволапов Г.И. Оценка качества передачи данных в системах гидрофизической и гидроакустической телеметрии // Всесоюз. конф. "Проблемы метрологии гидрофизических измерений": Тез. докл.- М.; 1990.- С. 140.

15. Криволапов Г.И., Чернецкий Г.А. Новое поколение аппаратуры гидроакустической связи и управления для морских сейсмических и гидрофизических измерений // Вторая Всесоюз. конф. по морской сейсмологии и сейсмометрии. 14-16 мая 1991 г.: Тез. докл. - М.;, 1991. - С. 84.

16. A.c. 286287. СССР. / Г.И. Криволапов, A.A. Макаров, Г.А. Чернецкий, Л.А. Чиненков Л.А. (СССР). Заявитель Новосибирский электротехнический институт связи им. Н.Д. Псурцева.

17. A.c. 1800898. СССР. МКИ G 01 S 15/00. Способ определения времени распространения акустического сигнала между объектами, разделенными водной средой / B.C. Гавриленко, Г.И. Криволапов, Б.Н. Шеин. Заявитель Новосибирский электротехнический институт связи им. Н.Д. Псурцева.

18. Пат. 1838801. СССР. МКИ G 01 S 15/00. Способ определения времени распространения акустического сигнала между объектами, разделенными водной

средой, и устройство для его осуществления / Г.И. Криволапов, B.C. Гаврилен-ко, Б.Н. Шеин. Патентообладатель Новосибирский электротехнический институт связи им. Н.Д. Псурцева.

19. Криволапов Г.И., Чернецкий Г.А. Комплекс гидроакустического канала связи для системы предупреждения о цунами // Третья конф. стран СНГ по морской сейсмологии и сейсмометрии. 18-20 мая 1993 г.: Тез. докл., - М.; 1993. - С.

20. Криволапов Г.И., Чернецкий Г.А. Аппаратура гидроакустической связи для автономного подводного зонда // Третья конф. стран СНГ по морской сейсмологии и сейсмометрии. 18-20 мая 1993 г.: Тез. докл. - М.; 1993. - С. 136.

21. Криволапов Г.И., Чернецкий Г.А. Аппаратура гидроакустической связи и управления для автономных донных сейсмических станций // Третья конф. стран СНГ по морской сейсмологии и сейсмометрии, 18-20 мая 1993 г.: Тез. докл.- М.; 1993-С. 137.

22. Криволапов Г.И. Оценка качества функционирования аппаратуры гидроакустической связи при передаче информации // Третья конф. стран СНГ по морской сейсмологии и сейсмометрии. 18-20 мая 1993 г.: Тез. докл. - М.: 1993. -

23. Криволапов Г.И., Чернецкий Г.А. Выбор сигналов для сети телеуправления II Межд. конф. "Информатика и проблемы телекоммуникаций": Тез. докл., - Новосибирск; 1995. - С. 51-53.

138.

с. 139.

Лицензия N 20475, октябрь 1991 г. Подписано к печати 17.04.95. Формат бумаги 62x84/16, бумага писчая N 1, уч. изд. листов 1, тираж 100 экз. Отпечатано на "Ризо". Заказ N 86.

СибГАТИ, Новосибирск, ул. Кирова, 86.