Подводная оптическая беспроводная связь как средство повышения эффективности информационно-телекоммуникационного обеспечения глубоководных исследований

Ю. Г. Ксенофонтов

doi:10.47813/2782-2818-2023-3-3-0132-0145

Авторы

Ю. Г. Ксенофонтов https://orcid.org/0000-0002-3174-8885

DOI:

https://doi.org/10.47813/2782-2818-2023-3-3-0132-0145

Ключевые слова:

телекоммуникации, скорость передачи данных, гидроакустический канал, подводная оптическая беспроводная связь, режим реального времени, закон Бугера-Ламберта-Бера, лазерные диоды, световой поток.

Аннотация

Гидроакустическая, радиочастотная и оптическая волновые системы - это технологии, которые сегодня используются для осуществления подводной беспроводной связи. Однако, в связи с необходимостью доставки в координационный центр большого количества видеоизображений с автономных необитаемых подводных аппаратов возник вопрос об организации канала связи со скоростью передачи данных не менее 1 Мбит/с и более, в то время как указанные традиционные системы могут обеспечить скорость потока данных до 50 кбит/с. Поэтому разработка надежных и эффективных беспроводных подводных каналов связи сегодня представляют огромный интерес в научных, военных и промышленных секторах, и, особенно, в глубоководной разведке. Подводная оптическая беспроводная связь UOWC, в которой используется спектральный диапазон 450-600 нм - это самая современная технология. В интересах управления автономными необитаемыми подводными аппаратами предложено в качестве канала передачи видеоизображений с бортовых камер использовать именно UOWC. В статье обосновывается целесообразность применения лазерных технологий для организации канала UOWC с целью увеличения дальности и скорости передачи данных относительно традиционных методов организации связи, представлена структурная схема UOWC, приведены расчетные формулы оптической мощности лазерного излучения на входе приемного устройства, а также коэффициента поглощения светового излучения как в чистой, так и в мутной воде. Приводятся несколько вариантов практического применения каналов UOWC в реальных условиях.

Биография автора

Ю. Г. Ксенофонтов

Ксенофонтов Юрий Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры, ФГБОУ ВО Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова, институт «Морская академия», факультет Навигации и связи, кафедра Радиосвязи на морском флоте, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Библиографические ссылки

Датьев И. О. Развитие инфотелекоммуникационных систем арктических территорий. Труды Кольского научного центра РАН. 2014; 5(24): 41-63.

Кожемякин И. В., Блинков А. П., Рождественский К. В., Мелентьев В. Д., Занин В. Ю. Перспективные платформы морской робототехнической системы и некоторые варианты их применения. Известия ЮФУ. Технические науки. 2016; 1(174): 59-66.

Антропов Д. А. Проблемы эксплуатации множества группировок

радиоэлектронных средств различного назначения в ходе формирования

современной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры

арктических регионов страны. Арктика: экология и экономика. 2014; 2(14): 67-78.

Мирошников В. И., Бутко П. А., Жуков Г. А. Составной тракт доведения информации до робототехнических комплексов в северных морях. Техника средств связи. 2019; 3(147): 2-26.

Ляхов Д. Г. Современные задачи подводной робототехники. Подводные исследования и робототехника. 2012; 1(13): 15-23.

Мартынов В.Л., Дорошенко В.И., Божук Н.М., Ксенофонтов Ю.Г. Лазерные технологии передачи данных в водной среде в вопросах организации подводных беспроводных сетей связи. Морские интеллектуальные технологии. Научный журнал. 2021; 2(1): 80-85. https://doi.org/10.37220/MIT.2021.52.2.012

Мартынов В. Л., Голосной А. С., Егоров С. В. Беспроводной оптический канал связи в водной среде как альтернатива связи по кабелю. Известия Российской Академии ракетных и артиллерийских наук. 2016; 4(94): 126-130.

Ксенофонтов Ю.Г. К вопросам организации и оценки эффективности беспроводной лазерной системы связи с подводными робототехническими комплексами. Достижения науки и технологий-ДНиТ-11-2023: сборник научных статей по материалам II Всероссийской научной конференции. 27–28 февраля 2023. Том Выпуск 7. Красноярск; 2023: 455-461.

J. Xu, Y. Song, X. Yu, A. Lin, M. Kong, J. Han, N. Deng. Underwater wireless transmission of highspeed QAM-OFDM signals using a compact red-light laser. Optics express. 2016; 24(8): 8097-8109. https://doi.org/10.1364/OE.24.008097

L.K. Gkoura, G.D. Roumelas, H.E. Nistazakis, H.G. Sandalidis, A. Vavoulas, A.D. Tsigopoulos, G.S. Tombras. Underwater Optical Wireless Communication Systems: A Concise Review, Turbulence Modelling Approaches - Current State, Development Prospects, Applications. Konstantin Volkov, IntechOpen. 2017. https://doi.org/10.5772/67915

Ксенофонтов Ю. Г. Инновационный подход к вопросам организации системы дальней связи и управления подводными робототехническими комплексами контроля экологического состояния акваторий Северного морского пути. Наука, технологии, общество: экологический инжиниринг в интересах устойчивого развития территорий: сборник научных трудов III Всероссийской научной конференции с международным участием. 16–18 ноября 2022. Красноярск; 2022: 560-570.

Мартынов В.Л., Ксенофонтов Ю.Г. Современные бортовые системы сейсморазведки для оснащения подводных робототехнических комплексов. Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы. Арктика – регион стратегических интересов: правовая политика и современные технологии обеспечения безопасности в Арктическом регионе: материалы международной научно-практической конференции. 2020: 246-248.

REFERENCES

Dat'ev I. O. Razvitie infotelekommunikatsionnykh sistem arkticheskikh territorii [Development of infotelecommunication systems of Arctic territories]. Trudy Kol'skogo nauchnogo tsentra RAN. 2014; 5(24): 41-63 (in Russian).

Kozhemyakin I. V., Blinkov A. P., Rozhdestvenskii K. V., Melent'ev V. D., Zanin V. Yu. Perspektivnye platformy morskoi robototekhnicheskoi sistemy i nekotorye varianty ikh primeneniya [Promising Marine Robotic System Platforms and Some Applications]. Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki. 2016; 1(174): 59-66 (in Russian).

Antropov D. A. Problemy ekspluatatsii mnozhestva gruppirovok radioelektronnykh sredstv razlichnogo naznacheniya v khode formirovaniya sovremennoi informatsionno-telekommunikatsionnoi infrastruktury arkticheskikh regionov strany [Problems of exploiting multiple groupings radioelectronic means of various purposes during the formation modern information and telecommunication infrastructure arctic regions of the country]. Arktika: ekologiya i ekonomika. 2014; 2(14): 67-78 (in Russian).

Miroshnikov V. I., Butko P. A., Zhukov G. A. Sostavnoi trakt dovedeniya informatsii do robototekhnicheskikh kompleksov v severnykh moryakh strany [Composite route of information communication to robotic complexes in the northern seas]. Tekhnika sredstv svyazi. 2019; 3(147): 2-26 (in Russian).

Lyakhov D. G. Sovremennye zadachi podvodnoi robototekhniki [Modern problems of underwater robotics]. Podvodnye issledovaniya i robototekhnika. 2012; 1(13): 15-23 (in Russian).

Martynov V.L., Doroshenko V.I., Bozhuk N.M., Ksenofontov Yu.G. Lazernye tekhnologii peredachi dannykh v vodnoi srede v voprosakh organizatsii podvodnykh besprovodnykh setei svyazi [Water-Based Laser Technologies for Underwater Wireless Communications]. Morskie intellektual'nye tekhnologii. Nauchnyi zhurnal. 2021; 2(1): 80-85 (in Russian). https://doi.org/10.37220/MIT.2021.52.2.012 DOI: https://doi.org/10.37220/MIT.2021.52.2.012

Martynov V. L., Golosnoi A. S., Egorov S. V. Besprovodnoi opticheskii kanal svyazi v vodnoi srede kak al'ternativa svyazi po kabelyu [Wireless optical communication channel in water as an alternative to cable communication]. Izvestiya Rossiiskoi Akademii raketnykh i artilleriiskikh nauk. 2016; 4(94): 126-130 (in Russian).

Ksenofontov Yu.G. K voprosam organizatsii i otsenki effektivnosti besprovodnoi lazernoi sistemy svyazi s podvodnymi robototekhnicheskimi kompleksami [To the organization and evaluation of the effectiveness of a wireless laser communication system with underwater robotic complexes]. Dostizheniya nauki i tekhnologii-DNiT-11-2023: sbornik nauchnykh statei po materialam II Vserossiiskoi nauchnoi konferentsii. 27–28 fevralya 2023. Tom Vypusk 7. Krasnoyarsk; 2023: 455-461 (in Russian).

J. Xu, Y. Song, X. Yu, A. Lin, M. Kong, J. Han, N. Deng. Underwater wireless transmission of highspeed QAM-OFDM signals using a compact red-light laser. Optics express. 2016; 24(8): 8097-8109. https://doi.org/10.1364/OE.24.008097 DOI: https://doi.org/10.1364/OE.24.008097

L.K. Gkoura, G.D. Roumelas, H.E. Nistazakis, H.G. Sandalidis, A. Vavoulas, A.D. Tsigopoulos, G.S. Tombras. Underwater Optical Wireless Communication Systems: A Concise Review, Turbulence Modelling Approaches - Current State, Development Prospects, Applications. Konstantin Volkov, IntechOpen. 2017. https://doi.org/10.5772/67915 DOI: https://doi.org/10.5772/67915

Ksenofontov Yu. G. Innovatsionnyi podkhod k voprosam organizatsii sistemy dal'nei svyazi i upravleniya podvodnymi robototekhnicheskimi kompleksami kontrolya ekologicheskogo sostoyaniya akvatorii Severnogo morskogo puti [Innovative approach to the organization of the long-distance communication system and control of underwater robotic systems for monitoring the ecological state of the waters of the Northern Sea Route]. Nauka, tekhnologii, obshchestvo: ekologicheskii inzhiniring v interesakh ustoichivogo razvitiya territorii: sbornik nauchnykh trudov III Vserossiiskoi nauchnoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem. 16–18 noyabrya 2022. Krasnoyarsk; 2022: 560-570 (in Russian).

Martynov V.L., Ksenofontov Yu.G. Sovremennye bortovye sistemy seismorazvedki dlya osnashcheniya podvodnykh robototekhnicheskikh kompleksov [Modern on-board seismic systems for equipping underwater robotic systems]. Servis bezopasnosti v Rossii: opyt, problemy, perspektivy. Arktika – region strategicheskikh interesov: pravovaya politika i sovremennye tekhnologii obespecheniya bezopasnosti v Arkticheskom regione: materialy mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. 2020: 246-248 (in Russian).