ПРОЕКТУВАННЯ ТА АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ ГІДРОАКУСТИЧНОЇ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ АВТОНОМНИМИ ПІДВОДНИМИ АПАРАТАМИ НА МІЛКОВОДДІ

Abstract

Розвиток підводної робототехніки для моніторингу, інспекції та дослідження акваторій вимагає створення надійних каналів зв’язку з автономними безпілотними підводними апаратами (АБПА). У статті досліджується проблема забезпечення стійкого керування АБПА в умовах мілководдя (глибини до 200 м) на дистанціях до 500 м. Проведено аналіз основних дестабілізуючих факторів гідроакустичного каналу: багатопроменевості, доплерівського зсуву та нестаціонарних акустичних шумів. Запропоновано архітектуру цифрової гідроакустичної системи зв’язку, що використовує метод двійкової частотної маніпуляції (FSK) в ультразвуковому діапазоні 30-35 кГц. На основі фундаментального рівняння сонарного зв’язку виконано детальний розрахунок акустичного бюджету, що підтверджує технічну можливість реалізації системи з рівнем випромінювання джерела 140 дБ. Розроблено структурну схему приймального тракту, що включає малошумний підсилювач (LNA), смуговий фільтр Баттерворта 4-го порядку та цифровий демодулятор на базі ШПФ (Швидке Перетворення Фур'є). Запропоновано протокол передачі даних із використанням пакетної передачі, старт-стопових бітів та словника з чотирьох базових команд. Шляхом математичного моделювання оцінено вплив багатопроменевості та шуму на форму сигналу. Результати моделювання демонструють, що при відношенні сигнал/шум (SNR) більше 12 дБ система забезпечує вірогідність помилки на біт (BER) менше 10⁻³. Висновки роботи вказують на перспективність обраного підходу для створення компактних, енергоефективних та перешкодостійких систем оперативного керування АБПА в прибережних зонах.