Рассмотрены системы цифровой гидроакустической связи для стратифицированных мелководных каналов при горизонтальном расположении приемо-передающих элементов. Приведено сравнение некогерентных и когерентных систем по производительности, достоверности и скорости передачи данных. Проанализированы способы расширения спектра передаваемого сигнала, используемые в современных средствах цифровой гидроакустической связи. Указаны пути и даны рекомендации по созданию перспективных средств цифровой гидроакустическй связи, способных обеспечить высокопроизводительную и высокоскоростную передачу данных.

Теоретично обгрунтовано та практично реалізовано методи цифрового гідроакустичного (ГА) зв'язку для використання в ГА середовищах з характеристиками підвищеної складності. На основі аналізу існуючих методів формування й обробки цифрових ГА сигналів, а також засобів зв'язку, що реалізують дані методи, сформульовано шляхи подальшого розвитку цифрового ГА зв'язку та принципів формування сигналів, які враховують особливості ГА каналів. Розроблено методи формування й обробки цифрових сигналів і послідовностей сигналів з таким носієм для передачі в ГА каналах з вираженим багатопроменевим поширенням і динамікою властивостей. Створено експериментальні зразки засобів цифрового ГА зв'язку, що реалізують методи та моделі. Експериментальні значення швидкості передачі даних між рухомими передавачем і приймачем сигналів з радіальною швидкістю взаємних переміщень 0.5 - 3 м/с (1 - 6 вузлів) перевищують аналогічний показник сучасних засобів в декілька разів, і лежать в діапазоні від одиниць до десятків кілобіт на секунду. Частотна ефективність передачі даних складає в середньому 0.59 біт/с/Гц, що демонструє підвищення даного показника в півтора рази в порівнянні з сучасними аналогами.

Рассмотрена задача оценки вероятности битовой ошибки при когерентном приеме гидроакустического сигнала связи, формируемого посредством фазовой манипуляции несущей, характеризуемой непрерывным периодическим изменением (вобуляцией) частоты. Полученные для вероятности битовой ошибки зависимости позволяют прогнозировать возможные значения производительности системы связи при работе в условиях сложных каналов, характеризуемых выраженной многолучевостью и динамикой.

Рассмотрены отличия характеристик гидроакустического канала связи от характеристик радиоканалов. Гидроакустические сигналы характеризуются бoльшими значениями относительных доплеровских смещений, более продолжительной реверберацией, узкой полосой частотной когерентности, коротким временем когерентности. По результатам моделирования гидроакустических каналов и экспериментов по передаче информации установлены основные показатели их пропускной способности, по крайней мере для дальностей 4,5 - 5,5 км в условиях, характерных для районов погруженного шельфа Черного моря (40 - 60 м).

Рассмотрена задача по оценке вероятности обнаружения гидроакустического сигнала с линейной частотной модуляцией. Полученные для вероятности обнаружения аналитические зависимости позволяют прогнозировать основные показатели работы приемника сигналов в условиях сложных гидроакустических каналов, характеризуемых выраженной многолучевостью и динамикой свойств.

Розглянуто задачу оптимізації характеристик цифрових сигналів зв'язку з розширенням спектру для перспективних гідроакустичних систем передачі даних від водою. Для сигналів зв'язку з розширенням спектра за однаковим критерієм оптимізації проведена оцінка, яка вказує на істотний вплив характеристик розширення сигналу на його властивості на прийомі в каналах, що характеризуються високим рівнем реверберації. Виконано оптимізацію форми кривої зміни частоти з використанням методу еволюційних стратегій, яка дозволила мінімізувати функціонал, що віддзеркалює міру перекручування сигналу в каналах такого типу.

Представлены результаты математического моделирования сигнала с непрерывной разверткой несущей в додетекторной точке приемника. Показана возможность оценки доплеровских смещений на основании сравнения измеренного и оценочного значения (модели) сигнала. Продемонстрировано убывающее влияние задержанного (несинхронного) луча при увеличении его избыточной задержки распространения на точность оценки фазы сигнала.

Наведено основні результати фізичних експериментів прототипу системи цифрового гідроакустичного зв'язку, яка реалізує метод монотонного розширення спектру сигналу. Система показала здатність забезпечувати якісний прийом цифрової інформації в складних динамічних багатопроменевих каналах. У порівнянні з традиційними системами, застосування несучої з монотонним розширенням спектра дало змогу більш ніж вдвічі збільшити коефіцієнт частотної ефективності, забезпечуючи суттєве підвищення досяжної швидкості передавання даних.

Представлены результаты численного моделирования передачи цифровых сигналов в гидроакустическом канале, на которых продемонстрировано влияние формы развертки несущей на качество принимаемого сигнала и достоверность передачи информации.

Наведено результати числового моделювання і експериментального дослідження методу псевдовипадкового упорядковування цифрових гідроакустичних сигналів з безперервною розгорткою несучої під час передачі даних в гідроакустичному каналі з характеристиками підвищеної складності. Одержані залежності дозволяють здійснювати вибір тривалості фрагментів розгортки несучої й інтервалу псевдовипадкових пауз між ними для оптимізації швидкості та достовірності передачі даних з урахуванням актуальних характеристик каналу зв'язку.

Представлены результаты экспериментов по передаче цифровой информации в мелководных гидроакустических каналах большой протяженности. Сигналы связи характеризовались монотонным расширением спектра в диапазоне 8 - 16 кГц. Экспериментальные значения номинальной скорости передачи данных составляли 4,3 - 4,7 кбит/с при вероятности битовой ошибки порядка 10<^>-4 - 10<^>-5. Достигнутая производительность позволяет утверждать о возможности устойчивого обмена данными между подводным объектом и поверхностным носителем в каналах протяженностью 4 - 6 км.

Представлены результаты экспериментов по цифровой гидроакустической связи в каналах с высоким уровнем реверберации. Для кодирования информации использовалась двукратная относительная фазовая манипуляция. Несущая представляла собой колебание, частота которого непрерывно изменялась. Продемонстрировано влияние формы кривой вариации частоты - развертки несущей - на качество передачи, оцениваемое по критерию вероятности битовой ошибки.