К ВОПРОСУ ОБ ОЦЕНКЕ ПИК-ФАКТОРА БИОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

Известно [1–8], что для гидроакустических систем связи (ГАСС) одними из самых важных характеристик являются помехоустойчивость, скрытность, скорость передачи данных, энергопотребление, пик-фактор. Перечисленные показатели не в последнюю очередь зависят от типов сигналов, которые используются в той или иной ГАСС. Многие ГАСС, известные в настоящее время [2–8], построены на основе узкополосных сигналов и широко распространенных шумоподобных сигналов. Вместе с тем в настоящее время активно стало развиваться направление применения в ГАСС сигналов, основанных на использовании записей звуков различных животных, обитающих в морских и пресных водах (биоподобные сигналы) [1, 9–17]. Стоит отметить, что ряд характеристик используемых в ГАСС биоподобных сигналов еще мало освещен в литературе и среди них стоит выделить значение пик-фактора биоподобных сигналов. Известно [2–4, 18–20], что увеличенное значение пик-фактора ограничивает реализуемые значения энергетической эффективности передающего устройства, снижает помехоустойчивость приема, усложняет и удорожает применяемую аппаратуру. Исходя из этого, исследование вопросов, связанных с оценкой пик-фактора био-подобных сигналов ГАСС, является актуальным.

Целью данной статьи является оценка пик-фактора биоподобных сигналов, используемых в ГАСС, на примере исследования записей звуков различных видов китов.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

В качестве биоподобных сигналов взяты записи звуков различных видов китов, которые в настоящее время нашли широкое применение в соответствующих ГАСС [1, 10, 11, 15–17]. Исследуемые записи звуков китов расположены в базе, представленной в [21]. В Приложении на рис. 1–8 приведены примеры отрезков временных диаграмм сигналов для различных видов китов, "нарезанные" нами с помощью программы Fractan из записей базы.

Проведем с помощью системы математического моделирования и инженерных вычислений Scicos-Lab оценку значения пик-фактора сигналов, представленных в источнике [21].

Для исследований были отобраны примерно по 50 временных нарезок по 5000 точек из диаграмм звуков каждого вида китов.

Полученные значения пик-фактора исследуемых биологических сигналов

№ п/п	Название вида кита	Значение пик-фактора, p
1	Blue whale	[3÷3.6]
2	Alaska humpback whale	[2.8÷3.8]
3	Atlantic blue whale	[2.3÷4]
4	Atlantic fin whale	[3.3÷7.1]
5	Atlantic minke whale	[3÷5.3]
6	South Pacific blue whale	[3.3÷4.8]
7	Northeast Pacific blue whale	[2.2÷3.5]
8	Western Pacific blue whale	[2.5÷5.4]

Оценку значения пик-фактора сигналов осуществляли с помощью следующего выражения [18, 22–24]:

Umax p , σ где Umax — максимальное значение сигнала, σ — среднеквадратичное значение сигнала.

Результаты расчетов приведены в таблице. Как видно, в целом для различных видов китов значение пик-фактора находится примерно в диапазоне p е[2.2 ^ 7.1]. Проведем интерпретацию полученных значений пик-фактора биологических сигналов. Известно [18, 19, 22], что для современных наземных систем связи значение пик-фактора передаваемых сигналов находится примерно в диапазоне p е [1 ^ 4]. Анализ работ [2-4, 23, 24] показывает, что ГАСС обладают схожими значениями пик-фактора передаваемых сигналов. Исходя из этого, возьмем указанные значения пик-фактора ( p е [1 ^ 4]) в качестве граничных. Таким образом, если рассмотреть каждый из видов китов, представленных в таблице по отдельности, то приемлемым пик-фактором записи звуков ( p е [1 ^ 4]) обладают следующие виды: Blue whale , Alaska humpback whale , Atlantic blue whale и Northeast Pacific blue whale . Записи звуков указанных видов китов целесообразно использовать в соответствующих ГАСС. Напротив, записи звуков таких видов китов, как Atlantic finwhale , Atlantic minkewhale , South Pacific blue whale и Western Pacific blue , имеют пик-фактор p >  4, и без адаптации их нецелесообразно использовать в соответствующих ГАСС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной статье автором проведена оценка пик-фактора биоподобных сигналов, используемых в ГАСС, на примере исследования сигналов — записей звуков различных видов китов. Проведенные расчеты и анализ литературы [2–4, 18, 19, 22– 24] показывают, что приемлемым пик-фактором ( p е [1 ^ 4]) обладают записи звуков следующих видов китов, представленных в таблице: Blue whale , Alaska humpback whale , Atlantic blue whale и Northeast Pacific blue whale . Записи звуков указанных видов китов целесообразно использовать в соответствующих ГАСС. Напротив, записи звуков других видов китов из таблицы обладают повышенным значением пик-фактора ( p >  4 ) и без адаптации их нецелесообразно использовать в соответствующих ГАСС.

Таким образом, возможно заключить, что био-подобные сигналы, используемые в ГАСС, на примере исследования сигналов, основанных на применении записей звуков различных видов китов, могут обладать как приемлемым значением пик-фактора, так и повышенным. На указанный вывод целесообразно обратить внимание разработчикам и производителям соответствующих ГАСС при их проектировании, реализации и испытании.

Дальнейшие исследования в данной области автор связывает с оценкой пик-фактора сигналов других видов животных, обитающих в морских и пресных водах, применяемых в соответствующих ГАСС.

ПРИЛОЖЕНИЕ

22 000

12 000

–12000

–22 000

32 000

0                  5000                10000                15000

Рис. 1. Временнáя диаграмма записи звуков Blue whale

Рис. 2. Временнáя диаграмма записи звуков Alaska humpback whale

Рис. 3. Временнáя диаграмма записи звуков Atlantic blue whale

1 000     2 000     3 000     4 000     5 000     6 000     7 000     8 000     9 000    10 000    11 000    12 000    13 000    14 000    15 000    16 000    17 000    18 000    19 000    20 000

0               5000             10 000            15000         20000

Рис. 4. Временнáя диаграмма записи звуков Atlantic fin whale

Рис. 5. Временнáя диаграмма записи звуков Atlantic minke whalе

Рис. 6. Временнáя диаграмма записи звуков South Pacific blue whale

Рис. 7. Временнáя диаграмма записи звуков Northeast Pacific blue whale

Рис. 8. Временнáя диаграмма записи звуков Western Pacific blue whale