Розділ 1. Основні елементи гидроакустичного цифрового зв’язку

МИКОЛАЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ В.О.СУХОМЛИНСЬКОГО

Механіко-математичний факультет

Кафедра прикладної математики та

Інформаційних комп’ютерних технологій

Дипломна робота

Спеціаліста

Моделювання процесу передачі голосових команд гідроакустичним каналом цифрового зв'язку

Виконав:

студент 5 курсу, групи 592

7.04030101. Прикладна математика

Афанасьєв Іван Георгійович

Керівник: к.т.н. Мельник О.В.

Рецензент: к.т.н., доц..Цивільский Ф.М.

Миколаїв – 2015

Зміст

ВСТУП.. 3

РОЗДІЛ 1. ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ ГИДРОАКУСТИЧНОГО ЦИФРОВОГО ЗВ’ЯЗКУ.. 6

1.1. Застосування гідроакустики для інформаційного зв'язку. 6

1.2. Цифрові сигнали. 8

1.3. Гідроакустичний канал зв'язку. 10

1.4. Використання сферичних випромінювачів в гідроакустичної цифрового зв'язку. 14

1.4.1. Сферичний п’єзокерамічний випромінювач. 15

1.4.2. Сферичний п’езокерамічний приймач. 18

1.5. Генератори імпульсів струму електрогідравлічних випромінювачів. 19

1.6 Реалізація систем розпізнавання мови. 21

РОЗДІЛ 2. МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ГІДРОАКУСТИЧНОГО.. 31

ІНФОРМАЦІЙНОГО КАНАЛУ.. 31

2.1. Математична постановка задачі 31

2.2. Методи рішення задач випромінювання сигналів. 34

2.3. Моделювання пристрою управління електророзрядними імпульсами. 37

2.4. Передавальна функція гідроакустичного каналу. 38

РОЗДІЛ 3. ЧИСЕЛЬНІ РОЗРАХУНКИ ПАРАМЕТРІВ ГІДРОАКУСТИЧНОГО ТРАКТУ ЗВ'ЯЗКУ.. 43

3.1. Моделювання роботи сферичного гідроакустичного випромінювача. 43

3.2. Розрахунок амплітудно-частотної характеристики гідроакустичного каналу. 45

3.3. Моделювання роботи тракту гідроакустичної зв'язку. 49

3.4. Моделювання роботи гідроакустичного інформаційного каналу для мовного зв'язку. 52

РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ 58

4.1 Загальний огляд шкідливих факторів при роботі з персональним комп'ютером.. 58

4.2 Вимоги до монітора. 59

4.3 Правильна організація робочого місця. 61

4.4 Вплив робочого середовища. 63

4.5. Вимоги до електробезпеки. 65

4.6. Пожежна безпека. 67

ВИСНОВКИ.. 68

СПИСОК ВИКОРИСТАННОЇ ЛІТЕРАТУРИ.. 69

ВСТУП

До однієї з найважливіших науково-технічних проблем сучасності можна віднести освоєння водного простору. Освоєння океану спричинило безліч технічних проблем. З появою судів і пристроїв, здатних перебувати під водою більш-менш довго, виникла проблема передачі інформації: зв'язок з іншими об'єктами, сканування навколишнього простору та інше.

Акустичні (звукові) хвилі, завдяки своїй природі, властивостям водного середовища, здатні збуджуватися при порівняно малих витратах енергії, і поширюватися на великі відстані, за деяких умов на тисячі і десятки тисяч кілометрів.

Звукові хвилі є єдиним видом випромінювання, здатним поширюватися в товщі океану на багато тисяч кілометрів. Світлові промені практично повністю розсіюються в морській воді протягом декількох десятків метрів, а радіохвилі затухають на відстанях порядку сотні метрів. Звук у воді поширюється набагато далі, ніж у повітрі. Втрати при поширенні можна розглядати як суму втрат на розширення фронту хвилі і втрат внаслідок загасання.

Особливий вид розповсюдження спостерігається в тому випадку, коли імпульсний сигнал затягується в часі. При багатопроменевому поширенні відбувається збільшення тривалості імпульсу в міру віддалення від джерела. Це явище відіграє особливо важливу роль при поширенні сигналу на великі відстані в підводному звуковому каналі.

Одним з найбільш важливих факторів, що впливають на процес поширення звукових хвиль в океані, є неоднорідність води на різних глибинах, що призводить до залежності швидкості поширення від глибини занурення. Зі збільшенням глибини поглинання зменшується. Поглинання звуку при поширенні у воді залежить від його частоти. Поглинання звукових хвиль в морській воді підвищується зі збільшенням їх частоти. Головна причина цього - специфічні процеси дисоціації і рекомбінації іонів, розчинених у воді солей. Внаслідок цього поглинання звуку в солоній воді істотно більше, ніж у прісній. На низьких частотах воно невелике, однак зі збільшенням частоти зростає досить швидко. Так, енергія звукової хвилі зменшується в 10 разів при частоті в 50 гц на відстані 25 000 км, при частоті 500 гц - на відстані 800 км, при частоті 5000 гц - на відстані 25 км [3]

Існує таке явище, як підводний звуковий канал (ПЗК). Частина енергії, випромінюваної джерелом в ПЗК, залишається в каналі і не зазнає акустичних втрат, пов'язаних з відбиттям від поверхні і дна.

Що являє собою станція гідроакустичної зв'язку? Вона складається з двох частин. Перша, створення гiдролокатора, випромінює сигнали, друга приймає сигнали, що передаються партнером по зв'язку.

Випромінюючий тракт станції звукопідводного зв'язку в найзагальніших рисах складається з генератора електричних коливань звукової частоти, модулятора, підсилювача і акустичної антени. Коливання генератора модулюються голосом людини, яка веде зв'язок, - у разі звукопідводної телефонії. У разі звукоподводноі телеграфії проводиться звичайна амплітудна модуляція сигналу телеграфним ключем.

Приймаються сигнали або тієї ж антеною, що працює в приймальному режимі, або окремій приймальні антеною. Сигнали детектируються і надходять на головний телефон оператора або динамік.

В умовах гарного поширення звуку в морі, наприклад, при однорідному прогріванні води, сучасні станції звукоподводного зв'язку забезпечують дальність зв'язку між надводним кораблем і підводним човном до 10 км і більше, а між вертольотом і підводним човном - до 5-6 км. На IV Міжнародному конгресі з акустики (1962 р) американські вчені Д. Стюард і В. Аллен доповіли про здійснення звукового підводного зв'язку на відстані 100 км.

Втім, в деяких випадках доводиться з метою збереження скритності зв'язку дбати не про збільшення, а про обмеження її дальності. З цією ж метою - для збільшення скритності - застосовують модуляцію посилаються сигналів шумами, різноманітне кодування, шифрований запит і т. П.

Але не тільки для зв'язку використовуються підводні звукові сигнали. Їх широко застосовують в галузі підводної сигналізації та передачі різних даних під водою. У розділі про гідроакустичної телеметрії ми ще зупинимося на цьому. Тут же згадаємо лише про один випадок звукової підводної сигналізації, який носив, так би мовити, урочистий характер. У ніч, коли сили союзників попрямували, нарешті, до нормандського березі (6 червня 1944 р), дві сверхмалі англійські підводні човни «Х-1» зайняли позиції в Ла-Манші на флангах ділянки вторгнення. Крім світлових і радіолокаційних сигналів в напрямку Англії вони випромінювали також звукові підводні сигнали. Всі ці сигнали дозволили десантним судам, незважаючи на природну в подібних умовах метушню, точно визначити межі висадки на нормандському березі.

В історії Великої Вітчизняної війни також були неодноразові випадки, коли своєчасна і надійна звуковий підводний зв'язок між підводними човнами або човнами і надводними кораблями полегшувала човнам виконання бойових завдань. І майже завжди звуковий підводний зв'язок використовувалася човнами після повернення з походу, при підході до місця зустрічі з забезпечують надводними кораблями.

За допомогою гідроакустичних засобів (ГАС) виробляють картографування дна морів і океанів, виявляють предмети (ехолоти та гідролокатори бічного огляду), здійснюють водну зв'язок (кошти гідроакустичної зв'язку), забезпечують безпеку плавання суден, вимірювання швидкості ходу і глибини під кілем (засіб судноводіння), проводять пошук скупчення риб, управління автономними підводними приладами, що доставляють інформацію про стан підводної обстановки (засобів телеметрії і телекерування), виявляють і визначають координати підводних об'єктів.

Процес перетворення акустичної енергії в електричну (і навпаки) виконують підводні електроакустичні приймачі та випромінювачі, що входять до складу антени, і звані гідроакустичними перетворювачами (ГАП).

Перші згадки про роботи з цифровою гідроакустичної зв'язку по-з'явилися на початку 80-х років. Найбільшого поширення набули системи зв'язку з амплітудною і фазовою маніпуляцією, в яких значення цифрового сигналу задавалося різницею між поточним і попереднім сигналом. Відзначимо роботи з даної тематики, що вийшли за останній час. Докладний аналіз та узагальнення результатів, отриманих в області цифрової гідроакустичної зв'язку протягом трьох десятиліть. До складу такої апаратури зв'язку в обов'язковому порядку входять п'єзоелектричні перетворювачі.

Один з перетворювачів (випромінювач) збуджується нестаціонарним електричним сигналом. Другий перетворювач є гідроакустичним приймачем, який реєструє обурення, виникає в рідині. У прикладній гідроакустиці вказаний набір перетворювачів, що знаходяться в рідині, прийнято називати гідроакустичним інформаційним каналом, що дозволяє за допомогою цих перетворювачів передавати через акустичну середу повідомлення від одного з них до іншого.

У даній роботі ставиться завдання побудови математичної моделі гідроакустичного каналу зв'язку, побудованого на сферичних перетворювачах. Причому для випромінювача використовується електрогідроімпульсний випромінювач, що працює на основі електричного розряду в сферичної замкнутої порожнини, заповненої водою. Це дозволяє отримати потужний і короткий за часом імпульс випромінювання, Добре виділяється приймачем як одиниця в цифрового зв'язку.

РОЗДІЛ 1. ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ ГИДРОАКУСТИЧНОГО ЦИФРОВОГО ЗВ’ЯЗКУ