В последнее время во всех сферах связи наблюдается тенденция к увеличению объёма передаваемой информации. Для наземных систем разработано большое количество технологий связи, работающих в разных диапазонах частот. По сравнению с воздухом, вода непрозрачна для большей части спектра электромагнитных волн, за исключением видимого диапазона.
В настоящее время под водой, в основном, используется акустическая связь. Акустические системы передают информацию на достаточно большие расстояния, но все же отстают по времени передачи из-за относительно малой скорости распространения звука в воде.
Решением этой задачи может являться разработка системы беспроводной подводной оптической связи, с применением современной элементной базы.
В перспективе такая система, наряду с возможностью передачи разговорной речи в режиме реального времени, позволит осуществить передачу видеоизображений и обеспечит дистанционную связь между водолазами, между водолазом и судном или подводным аппаратом и судном без применения каких-либо обычных линий связи.
Предполагается, что системы такого типа будут функционировать, используя маломощную батарею и недорогие приемник и передатчик, что позволит внедрять их повсеместно.
Задачей данной статьи является обзор оптической системы приёмник-передатчик для связи между водолазом и судном.
При разработке оптического передатчика и оптического приёмника были выбраны схемы на базе частотно импульсного модулятора. Это связано с тем, что частотно-импульсная модуляция обеспечивает помехоустойчивость, не уступающую импульсно-кодовой модуляции, и с тем, что для частотно-импульсной модуляции требуется меньшая полоса частот.
В ходе исследований был разработан подводный оптический передатчик, структурная схема которого приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Упрощённая структурная схема оптического передатчика
В качестве входного устройства используется специализированный микрофон, который устанавливается в полнолицевую маску для дайвинга. В отдельных случаях в качестве микрофона можно использовать ларингофон. Частотно-импульсный модулятор строится на основе микросхемы серии NE555, которая представляет собой универсальный таймер. В выходном устройстве используется светодиод с излучением сине-зелёного цвета, т. к. дальность распространения волны сине-зелёного спектра излучения является максимальной среди остальных. Наиболее подходящим является светодиод LXHL-NE98, быстродействие которого позволяет использовать его для передачи речи [1].
Подводный оптический приёмник представляет собой более сложное устройство, задачей приёмника является выделение полезного сигнала и его демодуляция. Структурная схема такого приёмника приведена на рисунке 2.
Рис. 2. Упрощённая структурная схема оптического приёмника
В качестве входного устройства был выбран фотодиод ФД256, выбор объясняется тем, что длина волны сине-зелёного цвета лежит в области спектральной чувствительности этого фотодиода и его быстродействие соответствует требованиям передачи речи. Фотодиод подключается в фотодиодном режиме, такой режим работы обусловлен более высоким быстродействием, чем фотогальванический. Компаратор обрезает сигнал, т. е. преобразует сигнал в прямоугольную форму, а инвертор переворачивает этот сигнал, т. к. он приходит с отрицательной амплитудой. ФНЧ преобразует полученный прямоугольный сигнал в аналоговый, который, в последствие, усиливается до формы, пригодной для воспроизведения на выходном устройстве. Выходное устройство представляет собой динамик, который воспроизводит полученный сигнал.
В итоге была рассмотрена система приёмник-передатчик, способная передавать речевой сигнал от водолаза на судно на длине волны 505 нм, соответствующей сине-зелёному цвету.
Литература:
- Колесников Д. В. Определение быстродействия светоизлучающих диодов // Молодежь и научно-технический прогресс: Материалы региональной научно-практической конференции (ISSN 2074–6717), Владивосток, май-июнь 2016 [Электронный ресурс]. — Владивосток: Издательский дом ДВФУ, 2016. — Режим доступа: http://www.dvfu.ru/web/
