Том 38, номер 01, статья № 1

Аннотация:

Канал оптической связи вне прямой видимости с БПЛА через границу раздела «вода – атмосфера» позволяет снять ограничение расположения БПЛА в пределах угла расходимости передающей системы во время сеанса связи. В предшествующих работах возможности такого канала связи не рассматривались. Экспериментально и теоретически оцениваются возможности канала лазерной оптической связи вне прямой видимости между подводной передающей системой и беспилотным летательным аппаратом (БПЛА), находящимся в атмосфере. Полевые эксперименты подтверждают возможность организации устойчивой оптической связи вне прямой видимости между подводной передающей системой и БПЛА на базовых расстояниях до 90 м и высоте полета БПЛА 30 м над поверхностью земли. Моделирование канала связи показывает, что при небольших базовых расстояниях полезный сигнал формируется главным образом рассеянным в атмосфере излучением, а при больших базовых расстояниях – рассеянным в воде излучением, поэтому при высокой мутности воды (глубина видимости 3 м) полезный сигнал наибольший. Полученные результаты позволили проанализировать основные закономерности формирования полезного сигнала в рассматриваемом канале связи и являются основой для создания систем связи через границу раздела «вода – атмосфера».

Ключевые слова:

граница раздела «вода – атмосфера», рассеянное лазерное излучение, оптическая связь вне прямой видимости, видимый диапазон длин волн, беспилотный летательный аппарат

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Ding H., Chen G., Majumdar A.K., Sadler B.M., Xu Z. Modeling of non-line-of-sight ultraviolet scattering channels for communication // IEEE J. Sel. Areas Commun. 2009. V. 27, N 9. P. 1535–1544. DOI: 10.1109/JSAC.2009.091203.
2. Drost R.J., Sadler B.M. Survey of ultraviolet non-line-of-sight communications // Semicond. Sci. Technol. 2014. V. 29, N 8. P. 11. DOI: 10.1088/0268-1242/29/8/084006.
3. Бритвин А.В. Оценка импульсных характеристик оптического атмосферного ультрафиолетового канала с рассеянием // Вестн. НГУ. Серия: Физ. 2010. Т. 5, № 2. С. 5–7. DOI: 10.54362/1818-7919-2010-5-2-5-7.
4. Liao L., Li Z., Lang T., Chen G. UV LED array based NLOS UV turbulence channel modeling and experimental verification // Opt. Express. 2015. V. 23. P. 21825–21835. DOI: 10.1364/OE.23.021825.
5. Tarasenkov M.V., Belov V.V., Poznakharev E.S. Estimation of optimal wavelengths for atmospheric non-line-of-sight optical communication in the UV range of the spectrum in daytime and at night for baseline distances from 50 m to 50 km // J. Opt. Soc. Am. A. 2022. V. 39. P. 177–188. DOI: 10.1364/JOSAA.440875.
6. Liu W., Zou D., Xu Z., Yu J. Non-line-of-sight scattering channel modeling for underwater optical wireless communication // IEEE International Conference on Cyber Technology in Automation, Control, and Intelligent Systems (CYBER), Shenyang, China. 2015. P. 1265–1268. DOI: 10.1109/CYBER.2015.7288125.
7. Sun X., Ooi B.S., Kang C.H., Kong M., Alkhazragi O., Guo Y., Ouhssain M., Weng Y., Jones B., Ng T.K. A review on practical considerations and solutions in underwater wireless optical communication // J. Lightwave Technol. 2020. V. 38, N 2. P. 421–431. DOI: 10.1109/JLT.2019.2960131.
8. Тарасенков М.В., Белов В.В., Познахарев Е.С. Статистическое моделирование характеристик подводной оптической связи на рассеянном излучении // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 4. С. 273–278. DOI: 10.15372/AOO20190403; Tarasenkov M.V., Belov V.V., Poznakharev E.S. Statistical simulation of the characteristics of diffuse underwater optical communication // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 4. P. 387–392.
9. Ding J., Mei H., Chin-Lin I., Zhang H., Liu W. Frontier progress of unmanned aerial vehicles optical wireless technologies // Sensors. 2020. V. 20. P. 5476. DOI: 10.3390/s20195476.
10. Ramdhan N., Sliti M., Boudriga N. Codeword-based data collection protocol for optical Unmanned Aerial Vehicle networks // HONET-ICT. 2016. P. 35–39. DOI: 10.1109/HONET.2016.7753446.
11. Tadayyoni H., Uysal M. Ultraviolet communications for ground-to-air links // 27th Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU). Sivas, Turkey, 2019. P. 1–4. DOI: 10.1109/SIU.2019.8806490.
12. Zhao T., Zhao S., Cao D. Research on optimal persistent formation algorithm of wireless ultraviolet collaboration UAV // Proc. SPIE. 2019. Vol. 11209. P. 1–11. DOI: 10.1117/12.2549941.
13. Dabiri M.T., Sadough S.M.S., Ansari I.S. Tractable optical channel modeling between UAVs // IEEE Transac. Vehicular Technol. 2019. V. 68, N 12. P. 11543–11550. DOI: 10.1109/TVT.2019.2940226.
14. Li X., Feng W., Chen Y., Wang C.-X., Ge N. UAV-enabled accompanying coverage for hybrid satellite–UAV–terrestrial maritime communications // 28th Wireless and Optical Communications Conference (WOCC). Beijing, China, 2019. P. 1–5. DOI: 10.1109/WOCC. 2019.8770592.
15. Zheng X., Guo L., Cheng M., Li J. Average BER of maritime visible light communication system in atmospheric turbulent channel // Cross Strait Quad-Regional Radio Science and Wireless Technology Conference (CSQRWC). Xuzhou, China, 2018. P. 1–3. DOI: 10.1109/CSQRWC.2018.8455332.
16. Mohorcic M., Fortuna C., Vilhar A., Horwath J. Evaluation of wavelength requirements for stratospheric optical transport networks // J. Commun. 2009. V. 4. P. 588–596. DOI: 10.4304/jcm.4.8.588-596.
17. Li M., Hong Y., Zeng C., Song Y., Zhang X. Investigation on the UAV-to-satellite optical communication systems // IEEE J. Sel. Areas Commun. 2018. V. 36, N 9. P. 2128–2138. DOI: 10.1109/JSAC.2018.2864419.
18. Tarasenkov M.V., Poznakharev E.S., Fedosov A.V. Non-line-of-sight atmospheric optical communication in the visible wavelength range between UAV and the ground surface // Atmosphere. 2024. V. 15, N 21. DOI: 10.3390/atmos15010021.
19. Luo H., Wang J., Bu F., Ruby R., Wu K., Guo Z. Recent progress of air/water cross-boundary communications for underwater sensor networks: A review // IEEE Sensors J. 2022. V. 22, N 9. P. 8360–8382. DOI: 10.1109/JSEN.2022.3162600.
20. Li J., Yang B., Ye D., Wang L., Fu K., Piao J., Wang Y. A real-time, full-duplex system for underwater wireless optical communication: Hardware structure and optical link model // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 109372–109387. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3001213.
21. Белов В.В., Абрамочкин В.Н., Кудрявцев А.Н., Тарасенков М.В., Федосов А.В., Познахарев Е.С. Измеритель коэффициента ослабления водной среды в лабораторных и полевых условиях // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 12. С. 983–985. DOI: 10.15372/AOO20191205.
22. Kneizys F.X., Shettle E.P., Anderson G.P., Abreu L.W., Chetwynd J.H., Selby J.E.A., Clough S.A., Gallery W.O. User Guide to LOWTRAN-7. ARGL-TR-86-0177. ERP 1010. MA: Hansom AFB, 1988. 137 p.
23. Оптика океана и атмосферы / под ред. К.С. Шифрина. М.: Наука, 1981. 231 с.
24. Оптика океана. Т. 1. Физическая оптика океана / под ред. А.С. Монина. М.: Наука, 1983. 372 с.
25. Оптика океана. Т. 2. Прикладная оптика океана / под ред. А.С. Монина. М.: Наука, 1983. 236 с.
26. Белов В.В., Тарасенков М.В., Абрамочкин В.Н., Иванов В.В., Федосов А.В., Троицкий В.О., Шиянов Д.В. Атмосферные бистатические каналы связи с рассеянием. Часть 1. Методы исследования // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 4. С. 261–267; Belov V.V., Tarasenkov M.V., Abramochkin V.N., Ivanov V.V., Fedosov A.V., Troitskii V.O., Shiyanov D.V. Atmospheric bistatic communication channels with scattering. Part 1. Methods of Study // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 5. P. 364–370.
27. Марчук Г.И., Михайлов Г.А., Назаралиев М.А., Дарбинян Р.А., Каргин Б.А., Елепов Б.С. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике / под ред. Г.И. Марчука. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-е, 1976. 282 с.