Giriş Giriş Giriş

Sualtı iletişim kablosuz mühendisliğindeki en zorlu sorunlardan biri olarak kalır. Su fiziksel özellikleri - yüksek yoğunluk, salinity, sıcaklık gradients ve askıya alınan parçacıklar - çünkü elektromanyetik dalgaların hızlı bir şekilde değerlendirilmesine izin verirken, akustik sinyaller, daha az kesintiye maruz kalma, çok fazla kanal yayılımı, gürültü ve sınırlı bant genişliği. Etkili bir anten dizileri (veya sualtı transducer dizileri) Bu engelleri aşmak için kritik bir şekilde sinyal işleme ve görüntülenme teknikleri.

Akustik Kanal: Temel Meydanlar

Karasal ücretsiz uzay yayılımının aksine, sualtı akustik kanalı eşsiz bir şekilde düşmanca bir ortam sunuyor. Akustik dalgalar yaklaşık 1500 m /s, beş derece daha yavaş radyo dalgalarının siparişi, büyük zaman gecikmeleri ve Doppler geçişleri ile yol açabilir. kanal aynı zamanda yüksek derecede refakatçi: sinyallerin yüzeyden, alt ve termoklinestan yana, zaman zaman zaman içinde sinyalden gelen sinyalin ortaya çıkmasının ardından, bu tür biyolojik sinyallerin bozulması ve frekansların değiştirilmesini sağlar.

Sualtı Anten Dizileri için Temel Tasarım İlkeleri

Dizi Geometri ve Yapılandırma

Geometrik dizi elemanların temel olarak serinin kirişi, uzaysal çözünürlüğü ve element hatalarına toleransı belirler. Ortak konfigürasyonlar lineer, planar, dairesel ve hacimsel diziler. Linear dizileri, basitleştirilmiş ve sayısal çerçeveler nedeniyle 360 derecelik bir boyuta sahiptir ve onları bağımsız sualtı araçlarına (AUV) daha önce çalışmalıdır.

Element Spacing ve Izgara Lobes

Bireysel elementler arasındaki mesafe - inter-element spacing olarak kabul edilir - uygulamada çalışan bir kritik tasarım parametresi.Bir üniformalı uzaylı dizi için, spacing birçok sualtı sinyallerinin geniş kesimsel genişliğinden daha az olmalıdır, genellikle sparse veya nested diziler çalıştırılır.

Kiriş Temelleri Değiştirin

BeamInfo, her dizi elementten gelen sinyalleri uygulama sürecinde zaman gecikmeleri veya faz geçişleri uygulamakta, böylece istenen yönde yapıcı bir şekilde müdahale ediyorlar.En basit teknik gecikmeli (MVDR) veya Capon kirişi, zaman alanından gelen sinyal istatistikleri kullanılarak, frekans domaini geri yükleme yöntemlerinin özellikle de en iyi şekilde düzeltilmiş olması durumunda, en basit bir şekilde ayarlanmamış yüksek çözünürlükte olan 10 boyutlu bir ölçüm yönteminin (MVDR) veya Capon kirişinin sabitlenmesidir.

Malzeme ve Çevre Durability

Su serisi bileşenleri aşırı baskılara, korozyona, biyofoulinge ve sıcaklık dalgalanmalarına dayanmalıdır. Transducer elementleri genellikle 1000 metrenin ötesinde derin su dağıtımlarında veya PVClere ihtiyaç duyuyor. Kablo penetrasyonları ve konektörleri karşılamak için MILC-24217 veya kablolar uzun vadeli güvenilirlik sağlamak için uygun standartlar içerir.

Transducers ve Anten Elements

Hidrofonlar

Hidrofonlar sualtı akustik dizilerdeki en yaygın elementlerdir. Akustik basınç varyasyonlarını elektrik sinyallerine dönüştürürler, genellikle bir basınç hidrofonu ve bir parçacık-velocity sensörü gibi -170 dB rezaj 1 V /μPa, 100 kHz'ye kadar uzanır.Dektör sensörleri -koleşimsel sensörler - bir parçacık-ve-velocity sensörü - trafiğe sahip olan bir elementle varış yönünü çözebiliyorlar.

Elektromanyetik Tahmin için Dipol Antenleri

Akustik yöntemler hükmedmesine rağmen, bazı uygulamalar elektromanyetik (EM) iletişim gerektirir. 10-100 kHz aralığındaki çeşitliliğe sahip olan tipik manyetik döngüler, altta yatan yüzeylerde (parçalı iletişim sistemleri ve sualtı kablosuz şarjda kullanılır. Elektrikli dipoles) daha az yaygındır, ancak manyetik alanlar, kutuplaşma çeşitliliği sağlamak için manyetik elementlerle birleştirilebilir.

Resonant ve Broadband Dizileri

Resonant diziler tek bir frekans veya birkaç ayrı ton için tasarlanmıştır, bant genişliğine ulaşmak için yüksek verimlilik sağlar (örneğin, 8-20 kHz kapsayan 16 katlı transponders ve sualtı kabloları.) Tasarım, daha yüksek veri oranlarına destek olmak için daha geniş bant genişliği gerektirir. Broadband dizileri veya daha fazla rezonans malzemeleri kullanarak sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık Q faktörü kontrol etmek gerekir.

Signal Reception: Teknikler ve Faydaları

Yönel Hassasiyet ve Gürültü Azaltımı

Dizinin analobeyi kaynağa doğru yönlendirerek ve uzaysal kazanç yönünden çıplaklığa yerleştirerek, bir dizi, çevreye yönelik gürültüyü önemli bir azaltım elde edebilir. Derin suda, ortam gürültü alanı nispeten izotropikdir, bu yüzden 10 dB'ye yer alan uzaysal kazanç sağlayabilir.

Spasal Çeşitlilik Yoluyla Çok Çok Farklılık

Multipath propagation, doğrudan yüzeyden ayrılmış bir ışın ve alttan gelen bir ışın ile ayırt edilebilir.İyi tasarlanmış bir anten serisi varış açılarından farklı yollara varabilir (AoA). Örneğin, uzaysal eşitleme olarak bilinen bu teknik, çok yönlü bir ışın ve en alt-ilişmanlı bir ışınlama ile, uzaysal alanda bir alıcı yaklaşımı kullanarak, dizinin en güçlü yolları birleştirebilirken, en güçlü yolları birleştirebilir.

SNR ve Kapasite artırıldı

Bir dizinin temel yararı, birkaç öğeden sinyal enerjisinin bir ekidir.Bir N-element serisi için, sinyal gücü N2 olarak büyürken, gürültü gücü (özellikle de) sadece N ile sabit bir şekilde büyür, 10 günlük 10 (N) dB. Uygulamada, element kusur ve karşılıklı darbe bu kazancı azaltır, ancak 16-11 dB kazanç elde eder.

Vaka Çalışmaları ve Uygulamaları

Submarine İletişim Sistemleri

Modern denizaltılar hem pasif algılama hem de iletişim için lineer dizilere güveniyor.Bu diziler, yarı dalga uzun aralıklarda uzayan elementler ve esnek bağlantılar gerektiren yüzlerce toplanlama işlemine izin veriyor.Geçmişli iletişimin kendi makinelerinden vazgeçmesi için gerçek zamanlı olarak uyarlanması gerekir, 100 kbps'den fazla baskıya dayanıklı yağ dolu hortumlar ve inter-sif bağlantı kurma imkanı sağlar.

Özerk Su Araçları (AUVs)

REMUS ve Bluefin araçları gibi aUVlar, küçük planar veya silindirik diziler navigasyon için (akustik konum) ve veri telemetrisi için kullanır. Aracın fiziksel boyutu birçok santimetreye kadar göstermiştir, ki bu da karmaşık bir şekilde tasarlanmıştır.Bu, mühendisler sentetik bir aperture tekniğini kullanmak için: Dizin, başarı pozisyonlarına göre bir araya gelir ve bir diziye uygun olarak bir araya gelir.

Oceanografik Sensör Ağları

Büyük ölçekli okyanus gözlemleyicileri (örneğin, Ocean Observatories Initiative) yüzey tomurcukları için askıya alınan dikey çizgi dizileri dağıtabilir. Her dizi, 100 metre su sütunu ile kıyıya bağlı olarak, bu diziler akustik tomografiyi sıcaklık ve mevcut profilleri ölçmek için gerçekleştirir ve ayrıca sualtı modemleri için 10-20 km derinlik aralığındaki çeşitlilik çok sağlam bir iletişim sağlar.

Gelişmiş Teknolojiler ve Gelecek Yollar

Adaptasyon ve Bilişsel Diziler

Sabit bilgiler sualtı kanalları hızla değişmez. Adaptif diziler sürekli olarak gelen sinyal istatistiklerine dayanan kirişleri günceller, hareketli kaynaklara tepki verir, gürültü alanları ve çeşitli çoklu empati. Bilişsel diziler bir adım daha ileri gider: çevreyi (enerjik gürültüyü biyolojik gürültüden ayırt etmek için makine öğrenimi sınıflandırıcı) hissederler ve konfigürasyonlarını ayarlarlar -spaklama, frekans, kiriş patern - uç.

Beamform için Makine Öğrenme

Derin sinir ağları (DNNs), özellikle de post-Gaussian gürültü ve karmaşık dürtü yanıtları olmayan motor kayıtlarının büyük bir veri kümesi üzerinde eğitilebildiğinde, serinin belirli bir şekilde gerekli olan gecikme ve yüksek çözünürlükte, AUV serisindeki yaygın bir durum, AUV serisine daha az sayıda veri kümesine sahip olduğu zaman DNN bazlı kirişlerin düşük güçte uygulanmasına olanak sağlar.

Miniaturizasyon ve AUV Entegrasyon

Daha küçük, daha ucuz AUVs, performanstan ödün vermeden miniaturizasyon talep ediyor. Micro-electro-mechanical systems (MEMS) Hidrophones, silikon mikromachining kullanarak, 1 mm'den daha az gelişmiştir. Bunlar, aracın derisine uygun olarak yapıştırılabilir. Ek olarak, esnek bir şekilde genişletilebilir.[değiştir | kaynağı değiştir]

Hibrit Akustik/EM Systems

Tek fiziksel orta tüm sualtı iletişim ihtiyaçlarını kapsar. Aoustic diziler uzun vadede mükemmel ama geç saatler ve düşük veri oranlarından muzdarip; EM serisi, uzun süreli konumlarda (daha küçük kilometreler) daha sonra sadece yüksek seviyeli bir veri transferi için EM serisine geçiş yapar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sualtı iletişim için anten dizileri, akustik, elektromanyetik, malzemeler bilimi, sinyal işleme ve giderek artan makine öğrenimi üzerine çizen çok disiplinli bir çabadır.Sualtı kanalının eşsiz zorlukları -multipath, gürültü, sınırlı bantlama ve mekanik stres - soruşturma merkezi olarak devam eder. Araştırmanın devam ettiği gibi, küçük boyutlu tonlamalardan, doğrulanmış denizlerin uygun denizlerin güvenli bir şekilde iletişim kurmasını sağlar.