О.Д. Куприков1, В.В. Соколов2, Р.Г. Теплухин3, С.В. Васьковский4, С.С. Керимов5

1–5 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (Москва, Россия)
1 kuprikovod@ipu.ru, 2 sok@ipu.ru, 3 tepluhin@ipu.ru, 4 vask@ipu.ru, 5 serverdevel@ipu.ru

Постановка проблемы. Исследование морей и океанов является важной экономической и научной задачей. Для освоения водного пространства широко используются автономные подводные аппараты, которые проектируются на основе различного рода передовых технологий. Для подводных аппаратов принципиально важным является организация гидроакустической связи, основанной на передаче информации посредством акустической волны. В числе ключевых проблем гидроакустических каналов связи выделяется необходимость изучения его особых характеристик, включая нестационарность водной среды. Необходимость применения методов частотной модуляции сигнала также обусловлена рядом специфических особенностей в совокупности с настройкой информационных параметров сигнала и выбора несущей частоты.

Цель. Обосновать отбор и выбор варианта частотной модуляции с учетом обусловленной специфики систем подводной связи на основе исследованных характеристик гидроакустического сигнала, а также рассмотреть наиболее эффективные методы модуляции сигналов при влиянии существенных ограничений, которые обеспечивают наилучшие параметры акустического сигнала.

Результаты. Исследованы характеристики гидроакустического канала связи в интересах последующего имитационного моделирования канала для определения приемлемых условий и границ стационарности состояния среды передачи информации. На основе полученных данных исследования обоснован выбор метода многопозиционной частотной модуляции с учетом специфики систем подводной связи. Представлена функциональная схема прототипов, реализующих многопозиционную частотную модуляцию четвертого порядка, для модулятора и демодулятора в среде Симулинк.

Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при дальнейшем компьютерном моделировании подводной среды передачи информации и гидроакустической связи для прогнозирования и уменьшения времени разработки в рамках решения задач проектирования высокоскоростного гидроакустического модема связи с подводными объектами.

Куприков О.Д., Соколов В.В., Теплухин Р.Г., Васьковский С.В., Керимов С.С. Исследование перспективных методов частотной модуляции для передачи информации в гидроакустическом канале в условиях нестационарности водной среды // Динамика сложных систем. 2026. Т. 20. № 4. С. 48−62. DOI: 10.18127/j19997493-202604-04

1. Фархадов М.П., Шаврин С.С., Куприков О.Д., Жидомиров И.Ф., Васьковский С.В. Исследование особенностей передовых модемов гидроакустической связи и сравнительный анализ их характеристик // Датчики и системы. 2025. № 6(284). С. 38–48.
2. Фархадов М.П., Куприков О.Д., Васьковский С.В. Исследование и анализ состояния и тенденций развития модемов гидроакустической связи мировых производителей // Труды 20-й Всерос. школы-конф. молодых ученых «Управление большими системами» (УБС'2024, Новочеркасск). Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ). 2024. Т. 2. С. 33–39.
3. Фархадов М.П., Куприков О.Д., Команич Д.В. Hydroacoustic signal characteristics researching for an underwater communication channel development // Proceedings of 2022 International Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT). Астрахань: IEEE. 2022. С. 1–7.
4. Красильников В.А., Крылов. В.В. Введение в физическую акустику: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ. 1984. 400 с.
5. Кудрявцев В.И. Гидроакустика рыбохозяйственная. М.: Изд-во ВНИРО. 2018. 460 с.
6. Francois R.E., Garrison G.R. Sound absorption based on ocean measurements: Part II: Boric acid contribution and equation for total absorption // J. Acoust. Soc. Am. 1982. № 72(6). P. 1879–1890.
7. Walree P., Othens R., Jenserud T. The Watermark manual and user’s guide version 1.0. Norwegian Defence Research Establishment (FFI). 2016. 40 p.
8. Walree P., Othens R., Jenserud T. The Watermark Benchmark for Underwater Acoustic Modulation Schemes // IEEE Journal of Oceanic Engineering. October 2017. V. 42. № 4. P. 1007–1018.
9. Душин С.В., Алешин В.С., Шаврин С.С., Фархадов М.П., Куров И.Ю. Использование среднего частотного диапазона акустических волн для передачи информации в поверхностных водах // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2021. № 54. С. 38–47.
10. Ложкин К.Ю., Миронов В.А., Прожеторко С.С. Помехоустойчивость приема OFDM-сигнала с фазовой манипуляцией поднесущих на фоне импульсной полигармонической помехи // Радиотехника. 2018. № 11. С. 58–63. DOI: 10.18127/j00338486-201811-09
11. Куприков О.Д., Шаврин С.С. Анализ особенностей использования различных видов модуляции в гидроакустическом канале // Телекоммуникации и информационные технологии: научный журнал. 2021. Т. 8. № 2. С. 63–68.
12. Гельгор А.Л., Пузько Д.А., Скородумов Ю.М., Лукоянов Е.В., Панарин А.Е., Пашкевич И.В. Применение OFDM-сигналов для гидроакустической подводной связи в условиях приема сигнала ниже уровня шумов // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 3. С. 48–62. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202403-06
13. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. Изд.2-е. Пер. с англ. М.: ООО «Бином-Пресс». 2006. 656 с.
14. Zhang Z., Zhang L., You M., Lei M. Bit error rate approximation of MIMO-OFDM systems with carrier frequency offset and channel estimation errors // EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2010. V. 2010. № 1(176083). P. 1–14.
15. Indiarto M., Siswono H. Analysis of equalizer performance against bit error rate in filter bank multicarrier system with AWGN and multipath channel // International Journal of Computer Applications. 2021. V. 183. № 15. P. 21–25.
16. Vinck A.J.H., Häring J. Coding and modulation for power-line communications // Power Line Commun. and Its Applicat. (ISPLC). 2000. P. 265–271.
17. Xiang Y., Milstein L.B. Power-Bandwidth Tradeoff for Ultra-Low Power MFSK and G-MFSK Systems // IEEE Access. 2023. V. 11. P. 3942–3954.
18. Salah M., Omer O.A., Mohammed U.S. Enhanced MFSK spectral efficiency based on super-resolution spectral estimation // 2018 International Conference on Innovative Trends in Computer Engineering (ITCE). IEEE. 2018. P. 209–213.
19. Fan X., Tan Z., Song P. Bit Error Rate analysis for FH/MFSK system with Follower Jamming // Mathematical Problems in Engineering. 2020. V. 2020. № 1. P. 1–8.
20. Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Digital Mobile Radio (DMR) Systems; Part 1: DMR Air Interface (AI) protocol // ETSI TS 102 361-1 V1.4.5 (2007-12) URL: https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/102300_102399/10236101/
    01.04.05_60/ts_10236101v010405p.pdf (дата обращения: 07.05.2026).
21. Дружинин Ю.О., Соколов В.В., Абдулов А.В., Абраменков А.Н., Рожнов А.В. Организация мониторинга базирующимися на судне сопровождения точечных объектов автономными необитаемыми аппаратами // Динамика сложных систем – 21 век. 2026. Т. 25. № 4. С. 37–47. DOI: 10.18127/j19997493-202604-03