14.607.21.0009

Целью проекта является получение научных результатов, направленных на создание информационно-телекоммуникационных систем с гидроакустическим каналом связи для дистанционного контроля и оперативной диагностики морских нефтегазовых платформ и трубопроводов в арктических морях.
Для достижения целей проекта в ходе выполнения ПНИ решаются следующие задачи:
Выбор и обоснование направления исследований, теоретические исследования и разработка новых алгоритмов и методов модуляции, кодирования гидроакустических сигналов, их математической обработки, обеспечивающих помехоустойчивость к многолучевости и реверберации с учетом ледяного покрова.
Экспериментальные (натурные) исследования гидроакустических полей в арктических морях по разработанной Программе и методикам исследований.
Разработка математической модели гидроакустического канала, отражающая количественные связи между параметрами сигнала и гидрологическими и ледовыми условиями.
Разработка компьютерной имитационной модели системы для оптимизации ее параметров.
Разработка Программы и методики лабораторных и натурных исследований экспериментального образца информационно-телекоммуникационной системы с гидроакустическим каналом связи (далее – ЭО системы).
Разработка и изготовление испытательного оборудования и стендов для проведения лабораторных и натурных исследований ЭО системы.
Изготовление экспериментального образца информационно-телекоммуникационной системы с гидроакустическим каналом связи.
Проведение лабораторных и натурных исследований ЭО системы по разработанным Программам.
Разработка Технических предложений по реализации результатов ПНИ и разработка проекта Технического задания на проведение ОКР.

Актуальность проекта определяется потребностями экономического развития северных районов РФ и, в частности, соответствующими разделами «Информационное обеспечение» Морской доктрины Российской Федерации на период до 2020 года, которые предусматривают развитие информационных систем, обеспечивающих морскую деятельность. Тема проекта соответствует пунктам №14 и №42 «Перечня критических технологий», утвержденного Распоряжением Правительства РФ от 14 июля 2012 г. №1273-р. Важным фактором является также импортозамещение высокотехнологичной продукции.
Новизна выполняемой работы подтверждается проведенными патентными исследованиями и анализом существующих методов и технических средств. Разработаны новые технические принципы и подходы к построению гидроакустического канала связи, повышающие устойчивость к помехам от многолучевости и реверберации в условиях арктических морей и получены три патента на изобретения.

На этапах проекта были выполнены следующие исследования:

Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей техническую проблему, исследуемую в проекте. Проведены патентные исследования.

Выполнено исследование существующих методов и технических средств приема и передачи данных по гидроакустическому каналу связи.

Определены зависимости параметров гидроакустического канала связи от вертикального распределения скорости звука, влияния ледового покрова и волнения по результатам проведенных экспериментальных (натурных) исследований гидроакустических полей в арктических морях. Разработана математическая модель гидроакустического канала, отражающая количественные связи между параметрами сигнала, гидрологическими и ледовыми условиями окружающей среды.

Проведены теоретические исследования и разработаны алгоритмы и методы модуляции, кодирования гидроакустических сигналов, их математической обработки, обеспечивающие помехоустойчивость к многолучевости и реверберации с учетом ледяного покрова. Разработана компьютерная имитационная модель системы гидроакустической связи.

Разработаны программы и методики лабораторных и экспериментальных (натурных) исследований элементов экспериментального образца системы и системы в целом.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены следующие основные результаты.

Предложены новые технические принципы и подходы к построению гидроакустического канала связи, повышающие устойчивость к помехам от многолучевости и реверберации в арктических морях. Проведенными лабораторными и натурными исследованиями ЭО системы подтверждена эффективность применения многочастотной ортогональной системы модуляции (OFDM) с параллельной передачей несущих частот. Этот метод модуляции явился развитием метода многочастотной модуляции в сочетании с фазовой манипуляцией, но с последовательной передачей несущих частот. Усовершенствованный метод показал сопоставимые результаты по помехоустойчивости к многолучевому распространению и по скорости передачи данных, но позволил значительно упростить алгоритмы преобразования на передающей и приемной сторонах за счет применения хорошо известного и детально отработанного метода быстрого преобразования Фурье.

Разработаны алгоритмы и методы модуляции, кодирования гидроакустических сигналов, их математической обработки, обеспечивающие помехоустойчивость к многолучевости и реверберации с учетом ледяного покрова.

Разработана техническая документация и изготовлен ЭО системы.

Изготовлены за счет внебюджетных средств испытательное оборудование и стенды для проведения лабораторных и экспериментальных (натурных) исследований ЭО системы. Проведена первичная аттестация испытательного оборудования и стендов.

Проведенные лабораторные и экспериментальные (натурные) исследования ЭО системы подтвердили соответствие его технических характеристик требованиям ТЗ: дальность связи до 3 км и скорость передачи данных 2400 бит/с при допустимом уровне битовых ошибок 10^-5.

Разработанные по результатам проекта системы должны обеспечить повышение экономической эффективности, снижение материальных и финансовых издержек, замещение импорта, сокращение рисков аварий и кризисных ситуаций при эксплуатации в Арктике и Антарктике технически сложных морских объектов, таких как морские нефтедобывающие платформы, подводные нефте-газопроводы, автономные буйковые и донные станции. Телекоммуникационная связь с этими объектами необходима для контроля и оперативной диагностики их состояния, отслеживания технологических режимов и принятия мер при аварийных ситуациях, а также для передачи информации о состоянии окружающей среды. Внедрение информационно-телекоммуникационных систем с гидроакустическим каналом связи позволит осуществлять оперативную двухстороннюю связь с подводными объектами без прокладки дорогостоящих кабелей, имеющих низкую эксплуатационную надежность в условиях Арктики и Антарктики, обусловленную воздействием на них ледовых образований (торосов, стамух, айсбергов).