Теоретичне обґрунтування і практична реалізація засобів цифрового зв'язку для гідроакустичних середовищ з характеристиками підвищеної складності
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Теоретичне обґрунтування і практична реалізація засобів цифрового зв'язку для гідроакустичних середовищ з характеристиками підвищеної складності
|
|
| Creator |
Кебкал, Костянтин Георгійович
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук по спеціальності 05.09.08 – Прикладна акустика та звукотехніка. Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2011. Дисертація присвячена теоретичному обґрунтуванню і практичній реалізації методів цифрового ГА зв’язку для використання в гідроакустичних середовищах з характеристиками підвищеної складності. На основі аналізу існуючих методів формування і обробки цифрових ГА сигналів, а також засобів зв’язку, що реалізують ці методи, сформульовані шляхи подальшого розвитку цифрового ГА зв’язку і принципів формування сигналів, які враховують особливості ГА каналів. Розроблені методи формування і обробки цифрових сигналів та послідо вностей сигналів з таким носієм для передачі в ГА каналах з вираженим багатопроменевим поширенням і динамікою властивостей. Створені експериментальні зразки засобів цифрового ГА зв’язку, що реалізують методи і моделі, розроблені в дисертації. Експериментальні значення швидкості передачі даних між рухомими передавачем і приймачем сигналів з радіальною швидкістю взаємних переміщень 0.5-3 м/с (1-6 ву злів) перевищують аналогічний показник сучасних засобів в декілька разів, і лежать в діапазоні від одиниць до десятків кілобіт на секунду. Частотна ефективність передачі даних складає в середньому 0.59 біт/с/Гц, що демонструє підвищення цього по казника в півтора рази в порівнянні з сучасними аналогами. В рівних умовах передачі засоби, що реалізують запропоновані і розроблені в дисертації методи, демонструють на порядок меншу ІБП в порівнянні з засобами, що реалізують інші методи. Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.09.08 – Прикладная акустика и звукотехника. Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2011. Диссертация посвящена теоретическому обоснованию и практической реализации методов цифровой гидроакустической (ГА) связи для использования в гидроакустических средах с характеристиками повышеной сложности. На основе анализа существующих методов формирования и обработки цифровых сигналов, а также производительности соответствующих средств связи, сформулированы пути дальнейшего развития средств цифровой ГА связи и принципы формирования цифровых сигналов, учитывающих особенности ГА каналов. Разработаны методы формирования и обработки сигналов и последовательностей сигналов с такой несущей для передачи в ГА каналах с выраженной многолучевостью и динамикой свойств среды. Механизмы влияния основных эффектов многолучевого распространения и доплеровских сдвигов – на точность оценки параметров сигнала исследованы на физических и математических моделях передаваемого и принимаемого сигналов. Количественно и качественно взаимное влияние лучевых компонентов принимаемого сигнала определяется уровнем боковых лепестков автокорреляционной функции этих компонентов в моменты их поступления на прием и представляет собой зависимость от задержки распространения лучевого компонента в виде функции убывающего колебания. Влияние изменчивости среды представлено мультипликативными искажениями формы развертки несущей (в виде линейной зависимости по грешности фазы от величины допплеровского сдвига), а также нарастающим временным рассогласованием принимаемого и опорного сигналов (в виде параболической зависимости погрешности фазы от величины рассогласования). Получены аналитические выражения для распределения огибающей и фазы сигнала с непрерывной разверткой несущей в додетекторной точке приемника, а также оценки дисперсий этих распределений, на основе которых выполнено математическое моделирование и численное исследование вероятности битовой ошибки (ВБО) при когерентном и некогерентном приеме сигнала. Установлены зависимости вероятности ошибки оценивания дискретной фазы от уровня шума, обусловленного рассеянной энергией лучевых компонентов, а также получены теоретически и подтверждены экспериментально зависимости между продолжительностью цифрового сигнала с непрерывной разверткой несущей и ВБО при приеме в условиях многолучевого распространения и изменчивости ГА среды. Установлено (в отличие от случая, когда принятый сигнал содержит только шум окружающей среды), что наличие в сигнале рассеянной энергии лучевых компонентов обуславливает существование ненулевой ВБО даже в случае увеличения энергии передаваемого сигнала до бесконечности. Получена теоретически и подтверждена экспериментально зависимость между длительностью цифрового сигнала и ВБО при приеме в условиях многолучевого распространения и изменчивости характеристик ГА среды, на основе которой продемонстрирована возможность количественной оценки степени компромисса между показателем расширения спектра сигнала и скоростью передачи данных в ГА каналах с характеристиками повышенной сложности. На математической модели и экспериментально установлено, что ширина полосы частотной когерентности ГА канала при использовании в нем сигналов с линейной разверткой несущей может существенно превышать ширину полосы, характерную для использования сигналов с несущей постоянной частоты. На основе разработанной модели продемонстрирована возможность прогнозирования скорости передачи данных и эффективности использования частот устройством цифровой ГА связи в акваториях с известными или установленными характеристиками. Для противодействия искажениям, обуславливаемым множественным совпадением текущего сигнала с (задержанными) лучевыми компонентами предыдущего сигнала разработан новый метод псевдослучайного упорядочивания цифровых сигналов во времени, предусматривающий размещение псевдослучайных пауз между сигналами передаваемой последовательности. Эксперименты подтвердили уменьшение ВБО и вероятности появления групповых ошибок. Поскольку значительная задержка распространения сигнала в ГА канале может приводить к продолжительным паузам ожидания квитанций доставки пакетов данных, в диссертации разработан новый метод передачи цифровых сигналов, основывающийся на передаче кластеров, состоящих из последовательностей пакетов с цифровыми данными. Верификация метода подтвердила увеличение плотности передачи информации на интервале времени доступа к ГА каналу. Созданы экспериментальные образцы средств цифровой ГА связи, реализующие методы и модели, разработанные в диссертационном исследовании. Экспериментальные значения скорости передачи данных между движущимися передатчиком и приемником с радиальной скоростью взаимных перемещений 0.5-3 м/с (1-6 узлов) превышают аналогичный показатель современных средств в несколько раз, и лежат и диапазоне от единиц до десятков кбит/с. Частотная эффективность передачи данных составляет в среднем 0.59 бит/с/Гц, что демонстрирует повышение этого показателя в полтора раза по сравнению с современными аналогами. В равных условиях передачи данных средства, реализующие предложенные и разработанные в диссертации методы, демонстрируют почти на порядок меньшую ВБО по сравнению с устройствами, реализующими другие методы. Dissertation on the competition of degree of doctor of engineering’s sciences on specialty 05.09.08 - Applied acoustics and audio techniques. NTUU “KPI”, Kiev, 2011. Dissertation is devoted to theoretical validation and practical realization of digital signals with continuously spread carrier in hydro-acoustic communication. Based on analysis of state-of-the-art methods of forming and processing of digital signals, as well as performance of corresponding devices, there are formulated the direction of further development of hydro-acoustic communication devices and principles of digital hydro-acoustic signals, which take into account the peculiarities of hydro-acoustic channels. With the use of the principles there are developed the methods of forming and processing of signals and their sequences with continuously spread carrier for transmission in channels with strong multipaths and dynamics. There were created the experimental samples of hydro-acoustic communication devices, which realize the methods and models developed in the dissertation. Experimental values of bit rates between moving objects with radial velocity of 0.5-3 m/s (1-6 knots) exceed the analogous values of state-of-the-art devices several times, and stay in the range between ones to tens kbps. Frequency efficiency comprises in average 0.59 bit/s/Hz, what demonstrates the improvement of this indicator in 1.5 times comparing to the state-of-the-art. In equal conditions of data transmission the devices, which realize the methods developed in this dissertation, demonstrate almost the order of magnitude less bit error rate comparing to devices, realizing other methods. |
|
| Date |
2011-12-25T16:22:56Z
2011-12-25T16:22:56Z 2011 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://ela.kpi.ua/handle/123456789/1303
|
|
| Language |
uk
|
|