CONVERGENŢE TEHNOLOGICE ÎN COMUNICAŢII SUBACVATICE

Mociran Tiberiu

Colegiul Tehnic „George Bariţiu” Baia Mare

Electronică şi Telecomunicaţii

Motivaţia alcătuirii acestui articol are la bază interesul deosebit manifestat de elevii claselor a XII-a, care in anii trecuţi au studiat, în conformitate cu programa scolară, modulul „Tehnici şi Sisteme de Radiocomunicaţii”.

În programa scolară sunt prevazute pentru studiu aspecte ale comunicaţiilor prin unde electromagnetice, dar ele se referă numai la comunicaţiile terestre si spaţiale. Majoritatea informaţiilor cuprinse in paginile care urmează nu au fost expuse niciodată în cadrul orelor la clasă.

Prezentul articol işi propune să fie o lectură inedită în contextul studiului liceal, cu caracter tehnic exotic, să determine cititorii interesaţi să „întoarcă pagina” şi să citească în continuare despre frământările specialiştilor pentru realizarea de comunicaţii fără fire, fixe si mobile, într-un mediu ostil tehnologic si fizic, mediu prezent în procent semnificativ pe planeta noastră, suport esenţial al lumii vii.

Se pot realiza interferenţe între multe domenii ale ştiinţelor si tehnologiilor dintre care amintim: fizica propagării undelor electromagnetice, tehnologii de transmisiuni militare, fizica pământului, biologia marină, telemetrie-domeniu de importanţă mare in studiul lacurilor, mărilor si oceanelor, protecţia mediului, robotică, optică precum şi între alte domenii. Evident, toate acestea le putem face in context istoric.

Spre deosebire de comunicaţiile fără fire terestre, unde ar trebui să începem istorisirea realizărilor tehnice cu balizele luminoase amplasate pe vârfurile munţilor, în turnurile zidului chinezesc, modularea fumului prin colorare prin arderea mocnită a diferitelor feluri de vegetaţie, modularea fumului în trombe cu pături în vederea transmisiilor prin coduri simple, în cazul transmisiilor subacvatice istoria este relativ recentă.

Ca şi în cazul altor dezvoltări tehnologice, motivaţiile care au dus la dezvoltarea acestui domeniu al comunicaţiilor au avut un caracter militar. Ne

referim aici la comunicaţii între submarine aflate in imersiune şi obiective de pe uscat, între submarine aflate în imersiune, între submarine în imersiune şi alte obiective mobile de la suprafaţa apei. Problema comunicării subacvatice este acuta din cauză că folosirea comunicaţiilor tradiţionale prin unde electromagnetice nu este tot timpul posibilă din cauza localizării pe care o poate realiza inamicul precum şi a imposibilităţii concrete de ieşire la suprafaţă, în cazul navigării sub calotele glaciare.

Submarin navigând sub calota arctică

Comunicaţiile la mare distanţa prin unde sonore, infrasunete si ultrasunete sunt puternic afectate de zgomote provenite din surse naturale si artificiale cum ar fi valurile, elicele navelor etc.

Problema fundamentală în cazul comunicaţiilor subacvatice electromagnetice este absorbţia masivă a energiei undelor de către mediul marin. Aceasta absorbtie mare a energiei a determinat specialiştii să realizeze studii ample de propagare in toate gamele de frecvenţe.

Înţelegerea problemelor transmisiilor subacvatice constituie elementele principale în întelegerea motivaţiilor pentru care aceste comunicaţii folosesc

frecvenţele foarte joase, VLF-(very low frecvency) si a frecvenţelor extrem de joase, ELF-( extremly low frecvency).Teoria fundamentală a propagării undelor electromagnetice afirmă că o undă care se propagă într-un mediu se atenuează în funcţie de proprietăţile acelui mediu. Caracteristicile mediului care determină gradul de atenuare sunt permitivitatea, permeabilitatea şi conductivitatea. Dacă aceste caracteristici sunt cunoscute sau determinate, putem utiliza formula de mai jos pentru calcularea adâncimii de pătrundere in mediu.Adâncimea de pătrundere este definită ca distanţa în care o undă care se propagă se atenuează cu aproximativ 37% din intensitatea initială. ________

δ = 1 / α ≈ 1 / √ π f μ σ

δ-adâncimea de pătrundereα-constanta de atenuaref-frecvenţaμ-permeabilitateaσ-conductivitateaRezultă în mod evident din relaţie ca adâncimea de pătrundere este invers proporţională cu rădăcina pătrată a frecvenţei undei electromagnetice. Caracteristicile apei de mare sunt următoarele: Conductivitatea σ =4Siemens/m, permitivitatea relativă ε= 81, permeabilitatea relativă µ aproximativ 1.

Să evaluăm ce performanţe se obţin în gama undelor de frecvenţe foarte mici şi extrem de mici:

ELF- Extremly low frecvency – sunt utilizate frecvenţe intre 3 Herţi şi 30 Herţi, se pot transmite semnale la peste 8000 de Km. ELF se propagă şi prin substratul pământului, asigură penetrarea apelor mărilor si oceanelor la adâncimi de sute de metri. Sistemele de transmisie cer antene de emisie enorme, acoperă mii de kilometri pătrati; aceste antene cedeaza energia cu frecvenţele specificate pământului şi de asemenea le şi recepţionează conform proprietăţii de reciprocitate a sistemelor radiante. Distanţele acoperite de echipamente folosind ELF sunt mai mari decât ale oricărui tip de comunicatie terestra şi nu sunt afectate în mod semnificativ de fenomenele atmosferice. Această gamă a frecvenţelor este utilizată cu predilecţie în comunicaţiile la distanţă mare, subacvatice. ELF şi VLF se utilizează exclusiv numai pentru comunicaţii cu submarine în imersiune din cauza ratei mici de transmisie, transmisiunile fiind adecvate numai pentru mesaje scurte, de regulă codate.

VLF- Very low frecvency – utilizează gama de frecvenţe 3 Khz-30 Khz. Asemănător ELF, transmisiile pot fi realizate cu sigurantă pana la 8000 Km, dar nu pot fi folosite sub adâncimi mai mari de 3-4 m. Aceste unde sunt folosite pentru navigaţie si comunicaţii cu submarine în imersiune la adâncimi

mici; rata de transmisiune fiind ceva mai mare, se pot transmite şi mesaje de lungime rezonabilă, transmisiunile putând fi criptate suficient de bine.

De regulă comunicaţiile submarinelor sunt cu obiective de pe uscat, dar în unele aplicaţii se pot construi emiţătoare şi pe nave maritime sau pe aparate de zbor mai mari. Aici puterile instalate trebuie să fie de sute de kilowaţi, iar antenele portabile în acest caz constau dintr-un fir lung desfăşurat în urma vaselor sau avioanelor.

Frecvenţe mai mari nu pot fi utilizate pentru transmisii fiabile la distanta mare pentru dispozitive subacvatice.

În cadrul acestor transmisiuni se folosesc toate tehnicile de modulatie cunoscute, existând predilecţie pentru modulaţiile digitale, tipul lor, fiind in funcţie de aplicaţie şi de perioada de timp istoric pe care o analizăm.

Nu intrăm în detaliile tipurilor de modulaţii folosite, remarcăm doar că în cazul unor asemenea transmisiuni se optează pentru siguranţa si securitatea comunicaţiilor în detrimentul vitezei de transmisie, preferându-se tipurile de modulaţii cu mai puţini fazori de exemplu MSK (minimum shift keying).

Minimum shift keying

În esenţă, fiecare fazor recepţionat este purtătorul a doi biţi, fiecare bit având nevoie de o jumătate de perioadă a unei sinusoide a semnalului purtător. Astfel se pot reduce problemele generate de distorsiunile neliniare.Performanţele transmisiilor, în viteză, sunt scăzute, aproximativ 50 baud, iar în cazul folosirii unor dispozitive antiinterferenţa scade dramatic, astfel că se pot transmite în anumite cazuri doar 3 caractere la fiecare 12 secunde. Nu uităm însă că e vorba de o transmisie fără fire, sub apă, la distanţe de ordinul a mai multor mii de kilometri.Evident, în urma unui mesaj scurt pe aceasta cale, submarinul poate ieşi din imersiune şi poate realiza o comunicaţie de mare viteză prin satelit (dacă dispozitivul nu se află sub o calotă polară sau în zonă de conflict).

In cazul ELF- frecvenţe extrem de joase, din cauza lungimii de undă foarte mari, antenele emitătoarelor de acest fel sunt foarte dificil de construit,

mai ales sub aspect financiar. Din acest motiv se cunosc numai două sisteme moderne de emisie de acest fel, realizate de Statele Unite si Rusia.

Cele două proiecte sunt remarcabile atât datorită anvergurii lucrărilor de construire cât şi prin costurile de întreţinere şi functionare. Proiectul ELF din SUA a devenit operaţional în octombrie 1989 fiind constituit din două emiţătoare amplasate in Michigan si Wisconsin conectate între ele printr-un cablu subteran de 264 Km. Funcţionarea era neîntreruptă, fiecare emiţător avea câte o antenă de circa 25 Km, amplasată pe sute de poli de înălţime de 13 m în pădure pe zeci de kilometri.

Proiectul ELF Wisconsin –vedere aeriană 1982

Marina Sovietică a construit un sistem ELF similar, care a fost detectat in 1990, localizat in Peninsula Kola lângă Murmansk. Spre deosebire de sistemul american care funcţionează la 76 HZ, sistemul sovietic lucrează în jurul frecvenţei de 82 HZ cu modulaţie MSK.

Echipamente de recepţie în submarin

Sistemul de emisie-recepţie din Peninsula Kola este folosit şi în cercetări de fizică a pământului, mişcările seismice fiind insoţite de manifestări electromagnetice semnificative în gama de frecvenţe de 30-166HZ.

Submarinul romănesc “Delfinul” – la docurile din Constanţa

Necesită modernizare

Observăm că cele două sisteme sunt relativ recente; înainte comunicaţiile au fost oare numai atmosferice? La o cercetare mai detaliată observăm că începuturile transmisiunilor subacvatice , evident la frecvenţe foarte joase (VLF) le găsim în 1917. Cercetătorul francez Broji a observat pentru prima dată că undele electromagnetice de anumite frecvenţe pot pătrunde în mediul subacvatic. Cercetările au fost realizate în gama de frecvenţe 15-33,3 Khz (0

parte din banda VLF). Broji a realizat legături radio simple la distanţa de 25 kilometri cu antena amplasată sub apă la 10 m.Aceste caracteristici erau nesemnificative pe lângă nevoile de comunicaţie de care avea nevoie Germania în al doilea război mondial pentru submarinele care navigau în toata lumea, vestitele U-boat clasa 7C. Inginerii germani au dezvoltat un sistem de radiocomunicaţii care functiona in gama VLF intre 15-25 kiloherţi în scopul dirijării submarinelor care s-a numit “Goliath”. Goliath avea puterea de 1800 kilowati şi era capabil să comunice cu submarinele scufundate oriunde în lume cu excepţia câtorva fiorduri norvegiene. În Marea Nordului putea contacta submarine aflate la adancimi pâna la 24 metri, în Oceanul Indian la adâncimi până la 14 m. Antena Goliath era imensă după cum se vede şi în schiţa din figură. Construcţia a fost realizată lângă localitatea Calbe pe malul fluviului Elba. La fabricarea ei au fost folosite 350 kilometri de profile din fier pentru sistemul de impământare. Randamentul antenei a fost de circa 50%, cu toate că din cauza lipsurilor de materiale în perioada de război, în loc de cupru s-a folosit fier; a fost de o eficienţă excepţională pentru acele timpuri. Randamentul ridicat s-a datorat şi amplasării ideale în teren mlăştinos; terenul a permis o interacţiune foarte bună a echipamentelor cu pământul.

Antena Goliath-Schită

Comunicaţiile erau unidirecţionale de pe uscat pe submarine, acestea urmau să acţioneze după scheme prestabilite anterior misiunilor.

Echipamentele de recepţie de pe submarine trebuiau să aibă antene ce se puteau acorda pe frecvenţele utilizate. În acest scop erau folosite bobine cu inducţante mari, rezultând şi aici dimensiuni apreciabile.

Antena de receptie VLF U-boat Cateva consideraţii teoretice asupra proiectării antenelor.Pentru remarcarea dificultăţilor în realizarea unor antene adecvate pentru ELF si VLF, este necesară analizarea tabelului de frecvenţe şi lungimi de undă. Tabelul conţine spectrele de frecvenţa în conformitate cu ITU (International Telecommunications Union). Uneori în literatura tehnică banda de frecvenţe 3Hz-300Hz este numită impropriu ELF. Lungimea de undă reprezintă distanţa parcursă de unda electromagnetică în propagarea ei pe durata unei oscilaţii.

Desemnare Frecvenţa Lungimea de undăELF extremely low frequency

3Hz - 30Hz 100.000 km - 10.000 km

SLF superlow frequency 30Hz - 300Hz 10.000 km – 1.000 kmULF ultralow frequency 300Hz - 3000Hz 1.000 km - 100 kmVLF very low frequency 3kHz - 30kHz 100 km - 10 kmLF low frequency 30kHz - 300kHz 10 km - 1 kmMF medium frequency 300kHz - 3000kHz 1 km - 100 mHF high frequency 3MHz - 30MHz 100 m - 10 mVHF very high frequency 30MHz - 300MHz 10 m - 1 mUHF ultrahigh frequency 300MHz - 3000MHz 1 m - 10 cmSHF superhigh frequency 3GHz - 30GHz 10 cm - 1 cmEHF extremely high frequency

30GHz - 300GHz 1 cm - 1 mm

λ = v/f =vT

λ - lungimea de undăv – viteza de propagare in mediuT – perioada undei electromagneticef – frecvenţa undei, inversa perioadei temporale.

Trebuie să facem deosebirea dintre denumirile de unde lungi, unde medii si unde scurte, folosite în mod curent pentru desemnarea benzilor de frecvenţa, folosite de staţiile de emisie terestre cu modulaţie de amplitudine (AM).Aceste benzi de frecvenţa nu au nimic in comun cu specificaţiile ITU si nu trebuie confundate in nicio situaţie.

Desemnare Nume FrecvenţaLW (long wave) Unde lungi 153 - 279 kHzMW (medium wave) Unde medii 531 - 1620 kHzSW (short wave) Unde scurte 2310 - 25820 kHz

Propagarea undelor este influentată de proprietăţile electrice ale suprafeţei terestre deasupra căreia acestea se propagă. Câmpul electromagnetic nu pătrunde în volumul unui conductor ideal, producându-se la suprafaţa acestuia numai unde de suprafaţa. Proprietăţile electrice pe care le are solul şi suprafaţa mărilor şi a oceanelor sunt diferite de cele ale unui conductor ideal. Considerând o antenă de emisie plasată în poziţie verticală faţă de sol, liniile de câmp electric ale radiaţiei antenei vor avea o componentă normală la suprafaţa conductoare (sol sau apa mării), dar şi o componentă tangenţială, datorită proprietăţilor conductoare ale suprafeţei terestre. Din cauza proprietăţilor conductoare, numai o parte din energia emisă se transmite prin unde de suprafaţă, iar o parte pătrunde în sol sau apă şi generează curenţi de conducţie. Ponderea energiei care pătrunde în sol, apă şi care generează curenţii de conducţie depinde de frecvenţă.

Unda de suprafaţă

Constatăm că în domeniile frecvenţelor ELF si VLF avem lungimi de undă foarte mari.Conform teoriei generale în proiectarea antenelor, elementele componente radiante au dimensiuni care depind de lungimea de undă, ele de regulă sunt multipli de λ/4. Lungimea fizică a antenei corespunde dimensiunii geometrice a conductorului antenei. Lungimea electrică reprezintă un parametru al antenei diferit de lungimea fizică, datorat “efectului de capăt”, efect cauzat de existenţa izolatorilor folosiţi ca elemente terminale în construcţia antenei şi care determină o capacitate faţă de sol. “Efectul de capăt” produce o “alungire electrică” a conductorului antenei cu un procent calculabil din lungimea fizică. O alta metoda de “alungire electrică” se realizează prin conectare de inductanţe în serie cu elementele radiante.Având în vedere cele de mai sus se poate inţelege modul în care s-a ajuns la tipologia constructivă a antenei Goliath.

Schema de principiu al antenei Goliath (VLF)

Evident problemele de proiectare, întretinere şi optimizare a funcţionării unei astfel de antene nu sunt deloc simple şi se realizează în strânsă legătură cu echipamentele de emisie cu care antena trebuie să lucreze în condiţii de adaptare perfecte.

Dacă în cazul antenei VLF s-au găsit soluţii pentru dimensionare adecvată ţinând cont de cele relatate mai sus, în cazul unei antene ELF care trebuie să emită cu frecvenţe având lungimi de undă de 10.000-100.000 kilometri nu se mai pot folosi metode tradiţionale. Dacă ne referim la un semnal de 82 herzi, care este unda purtătoare a informaţiei transmisă din peninsula Kola către submarinele ruseşti (sistemul ZEVS), lungimea de undă este 3658,5 kilometri. Această lungime de undă este mai mare decât un sfert din diametrul Pământului. Dipolul teoretic care ar trebui construit pentru această aplicaţie are dimensiuni “geografice”. Sistemul de transmisie constă din două generatoare de semnale sinusoidale cu frecvenţa variabilă şi două antene orizontale impământate, fiecare având 50 de kilometri lungime. Generatoarele asigură alimentarea antenelor cu circa 200-300 de amperi în gama de frecvenţe 20 herzi - 250 herzi. Dacă realizăm o privire de ansamblu vom constata că de fapt antenele reprezintă linii de alimentare ale pământului. Aceste emiţătoare sunt amplasate pe soluri cu conductivitate scăzută, fortând curenţii electrici să străbată distanţe însemnate în profunzime, comparabile cu fracţiuni din lungimea de undă. Pentru amplasarea conexiunilor la pământ se folosesc găuri de sondă.

Soluţie similară foloseşte şi sistemul american “project ELF” unde alimentarea straturilor terestre se realizează la Wisconsin şi Michigan unde sunt soluri cu roci multe şi conductivitate scăzută.

Recepţia semnalelor ELF şi VLF.Nu ne propunem să descriem modalităţile de recepţie a semnalelor codate şi criptate trimise submarinelor în imersiune pentru că acestea nu sunt disponibile din cauza caracterului special pe care îl au, ele fiind de o importanţă strategică deosebită. Pentru a deschide interesul celor pasionaţi de electronică şi tehnici de radiocomunicaţii, în recepţionarea undelor electromagnetice ELF şi VLF trebuie să remarcăm că cercetările au determinat că ele se produc şi natural în cazul intrării meteoriţilor în atmosferă, în cazul furtunilor şi în cazul mişcărilor tectonice. Folosind cunostinţe la nivel liceal şi componente electronice uzuale se poate construi un receptor simplu cu care se pot inregistra aceste fenomene naturale.Receptorul va urmări variaţiile intensităţii câmpurilor electromagnetice apărute şi nu-şi propune demodularea în cuadratură a semnalelor produse artificial. Semnalele recepţionate pot fi inregistrate pe calculator folosind intrarea plăcii de sunet.Una din cele mai simple scheme este prezentata în figura de mai jos.

Amplificatorul operational folosit este OP27. Având performanţe remarcabile privind zgomotul intern, viteza si precizia, acesta va oferi garanţia unei bune funcţionări în condiţiile unei realizări îngrijite.Inductanţa care serveşte pe post de antenă poate fi realizată în mai multe variante. Recomandăm urmatoarea soluţie: suportul pentru bobinaj de formă patrată cu latura de un metru, 800 de spire din fir de cupru emailat cu diametrul de 0,2 mm. Vom avea nevoie de aproximativ 3200 metri de fir şi va rezulta o rezistenţă a înfăşurării de 1,8 kiloohmi.Pentru analiza spectrală se pot folosi urmatoarele programe: Spectrogram Version 5.1.7, Spectrogram Version 6.2, Spektran beta 4, build 127,  Spektran Version 1.0 and SpecPlus sau versiuni mai nou apărute.Există posibilitatea de anticipare a cutremurelor după analiza comportamentului electromagnetic al pământului în perioada premergătoare.Pentru pasionaţi recomandăm intrarea pe site-ul http://www.vlf.it/ unde sunt lucrări realizate de amatori şi profesionişti care studiază comportamentul electromagnetic terestru. Se pot auzi prin streaming sunetele obţinute prin conversia undelor electromagnetice în banda de audiofrecvenţă din diverse locuri de pe glob.

Semnal VLF vizualizat cu Windows media player

Spectrogramă-semnal ELF/VLF specifică inaintea unui cutremur.

Comunicaţii acustice subacvatice.Acustica subacvatică studiază propagarea sunetelor in apă, interacţiunea undelor de presiune care constituie sunetul cu apa şi vecinătăţile ei. Frecvenţele tipice asociate acusticii subacvatice sunt cele cuprinse între 10 Herzi si 1 Megaherz.Frecvenţele mai mici de 10 hz pătrund şi se pierd în patul oceanic, cele mai mari de 1 Mhz se atenuează prin absorbţie foarte repede. Trebuie evitată confuzia cu gama de frecvenţe audibilă de către om care este de aproximativ

14 Hz - 18Khz, gamă de frecvenţe care depinde de la caz la caz în funcţie de condiţia aparatului auditiv.

Elemente de evoluţie istorică.În 1490 Leonardo da Vinci scria: “Dacă opriţi vasul în care călătoriţi şi plasaţi o ţeavă lungă cu un capăt in apă iar celălalt capăt îl puneţi la ureche, veţi auzi vase la o mare distanţă de dumneavoastră”. În 1687 Isaac Newton scrie “Mathemathical Principles of Natural Philosophy” unde găsim prima tratare matematică a sunetului.În 1826, pe lacul Geneva, fizicianul elveţian Daniel Colladon şi matematicianul francez Charles Sturm măsoara viteza sunetului pe o distanţă de 17 kilometri şi o determină ca fiind de 1435 metri pe secundă. Această valoare se abate cu 2% faţă de valoarea acceptată acum de comunitatea stiinţifică. În 1877 Lord Rayleigh scrie “Theory of Sound”, prima teorie modernă privind acustica.O dezvoltare furtunoasă a acusticii subacvatice a fost determinată de cele două războaie mondiale şi de razboiul rece. Dezvoltarea a avut loc datorită necesităţii localizării minelor şi a submarinelor prin ecolocaţie. Tehnicile bazate pe folosirea calculatoarelor performante au dat un nou imbold dezvoltării comunicaţiilor acustice subacvatice.La ora actuala comunicaţiile fără fire acustice cunosc o dezvoltare impetuoasă în cadrul observatoarelor regionale de mare adâncime din oceanele lumii. Aici din cauza necesităţii de a comunica un volum mare de date între obiective aflate în imersiune, se foloseşte conceptul de comunicaţie integrată, adică folosirea tuturor mediilor de transmisie şi a tehnologiilor disponibile de comunicaţii.Este sugestiv exemplul din figura de mai jos.

Conceptul de comunicaţie integrată în observatoarele de mare adâncime.

Elemente de teorie acustică.O undă sonoră se propagă sub apă prin compresii şi rarefieri succesive ale apei. Aceste compresii şi rarefieri sunt detectate de un receptor specializat similar urechii umane şi transformate în presiune variabilă. Undele sonore pot fi artificiale când sunt produse de om cu mijloace tehnice sau naturale.Viteza sunetului poate fi exprimată în funcţie de frecvenţa şi lungimea de undă:

c=f λAceastă viteză este diferită de viteza moleculelor din apă antrenate de sunet. Miscarea moleculelor cu viteza u determină apariţia presiunii p:

p=c u ρ Produsul dintre c şi ρ este cunoscut sub forma de impedantă acustică. p – presiunea creată de unda sonoră c - viteza frontului de undă sonoră u –viteza particulelor, moleculelor din apă ρ – densitateaLa o frecvenţa de 1 Khz lungimea de undă este aproximativ 1,5 m. Viteza sunetului în apă este mai mare de 4,4 ori decât în aer, raportul densităţilor dintre apă şi aer este de aproximativ 820.Caracteristicile canalului de comunicaţie.În propagarea sunetului sub apă trebuie să ţinem cont în primul rând de pierderile de transmisie, zgomote, reverberaţii şi variabilitatea temporala şi spaţială a canalului de comunicaţie. Pierderile de transmisie şi zgomotul sunt factori principali care determină lărgimea de bandă, distanţa optimă de transmisie şi raportul semnal zgomot. Variaţia în timp a condiţiilor de propagare limitează sever performanţgele sistemelor tehnice.Pierderile de transmisie sunt cauzate de dispersia energiei şi absorbtie; dispersia energiei depinde de distanţele de transmisie, pierderile cauzate de absorbţie cresc deodata cu cresterea frecvenţei.Pentru mărirea cantităţii de informaţie transmisă se folosesc tehnici de modulare cunoscute din alte transmisii cum ar fi FSK (frecvency shift keying), PSK (phase shift keying) dar cu un număr mai mic de fazori. Modulaţia QAM (quadrature amplitude modulation) se foloseşte în constelaţie care nu depaşeşte 16 fazori, cu o eficienţă de 4 biţi/herz. Aceste tehnologii de comunicaţie folosesc modemuri acustice.Performanţele tehnologiilor de trasmisie prin unde acustice sub apă sunt în creştere continuă şi la ora actuală, în spiritul protecţiei faunei subacvatice, pentru că o putere acustică prea mare emisă poate schimba comportamentul lumii vii din acest mediu. Scafandrii au raportat tulburări fiziologice şi psihologice în condiţiile prezenţei undelor acustice subacvatice de putere mare.

Aplicaţii ale comunicaţiilor acustice subacvatice.Sonarul este echivalentul subacvatic al radarului şi este bazat pe prelucrarea ecourilor care se intorc către sursa de unde a fost emisă unda sonoră subacvatică. Are o mare importanţă în navigaţia sub mări şi oceane.Comanda la distanţă a vehiculelor subacvatice, a sondelor telemetrice subacvatice care realizează masurători, ulterior comunicând datele unor centre de prelucrare.Urmărire (tracking) a unor vehicule autonome, submarine, vieţuitoare marine.Alcătuirea sistemului global de pozitionare subacvatică; funcţioneaza incepând din perioada războiului rece, din anii 1960.

Sistem de poziţionare acustică

Explorare seismică în coroborare cu undele electromagnetice ELF/VLF.Observarea modificărilor climatice prin studiul precipitaţiilor, descărcărilor electrice, măsurarea şi comunicarea temperaturilor de către sondele oceanice.

Telemetrie subacvatică integrată

Realizarea de tomografii acustice ale fundurilor oceanelor, studiul biologiei marine de la microplancton la balene, studii referitoare la fizica particulelor. Neutrinii de mare energie care intră in ocean pot fi detectati acustic.

Exemplu de modem acustic cu performanţe tipice.

Performantele unui asemenea modem sunt aratate mai jos:

Comunicaţii optice submarine fara fire.Prin sistemele de comunicaţii optice specialiştii işi propun creşterea vitezei de transmisie chiar cu reducerea drastică a distanţelor la care se pot realiza comunicaţii.Performanţele tipice de viteză de transmisie sunt 10-150Mbps la distante de 10-100 metri.

Receptor-emiţător (transceiver) optic.În urma studierii absorbţiei undelor luminoase în mediu marin se constată că este indicată folosirea frecvenţelor corespunzătoare culorilor albastru si

verde. Lărgimea de banda nu este mare dar frecvenţele mari de 550 teraherzi- verde, 750 teraherzi albastru permit obţinerea de rate de transmisie mari.Spectrul de absorbţie este prezentat in figură.

Spectrul de absorbţie al luminii în apa de mare.

Cu observaţia că în momentul de faţă această tehnologie este în plină dinamică de dezvoltare, prezentăm pentru exemplificare o schemă bloc a unui aparat de comunicaţie subacvatică pentru voce şi un emiţător-receptor de bandă largă de ultimă oră pentru transmisii de date, cu compatibilitate totală cu reţelele de calculatoare.

Sistem de emisie - recepţie optic subacvatic FM

Transceiver subacvatic optic model 1013C1 fabricat de “Ambalux Corporation” SUA, care asigură transfer de date la viteza de 10Mbps perfect compatibil Ethernet, suportă protocoale TCP/IP si UDP.

Bibliografie. [1] “VLF Radio Engineering”, Arthur D. Watt, Pergamon Press, 1967 [2] “High Power Very Low Frequency/Low Frequency Transmitting Antennas”, Peder Hansen, Military Communications Conference, 1990.

[3] Catalog de produse Ambalux Corporation 4541 S. Butterfield Drive Tucson, AZ 85714 [4] “Radio Communications of German U-boats in WWI and WWII” Robert Derencin [5] “Naval Technological Innovations of World War II” Omer Tolga Inan 2004 [6] “Short Range Underwater Optical Communication Links” Chancey, Mark Alan. [7] “A Extrem Low Frecvency transmision-system using the real longwaves” Trond Jacobsen at ALFLABInformatii si imagini au mai fost luate de pe paginile:http://hawkins.pair.com/nss.shtml http://www.wikipedia.org/http://www.ambalux.com/http://www.vlf.it/