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https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/844793| Título: | Estudo da influência dos movimentos induzidos por ondas sobre um enlace navio-costa de comunicações ópticas no espaço livre |
| Autor(es): | Gurgel Júnior, Airton Fernandes |
| Orientador(es): | Carneiro, Vítor Gouvêa Andrezo Santos, José Carlos Araujo dos Castillo, Claudio Alexis Rodríguez |
| Palavras-chave: | Óptica no Espaço Livre (FSO) Operador de Amplitude de Resposta (RAO) Sistema de comunicações marítimas Feixe Gaussiano desalinhado Função Q de Marcum Free-Space Optics (FSO) Response Amplitude Operator (RAO). Marine communication system Marcum Q-function Misaligned Gaussian beams |
| Áreas de conhecimento da DGPM: | Telecomunicações |
| Data do documento: | 2021 |
| Editor: | Instituto Militar de Engenharia (IME) |
| Citação: | GURGEL JÚNIOR, Airton Fernandes. Estudo da influência dos movimentos induzidos por ondas sobre um enlace navio-costa de comunicações ópticas no espaço livre. 107 f. 2021. masterThesis (Mestrado em Engenharia de Defesa) - Instituto Militar de Engenharia. Rio de Janeiro, 2021. |
| Descrição: | Neste trabalho é feita a análise da influência dos movimentos de um navio no desempenho de um enlace de comunicação óptica no espaço livre (FSO, do inglês "Free-Space Optics"), estabelecido entre o Comando da Força Tarefa-Anfíbia (embarcado) e o posto de comando da Força de Desembarque (em terra). Nesta análise, são estudados os principais fenômenos do canal, o que inclui as atenuações geométrica, atmosférica, por desalinhamento e por cintilação. O objetivo principal desse estudo é a análise da influência do comportamento hidrodinâmico do navio no desempenho de um enlace FSO. Para a análise do comportamento do navio em ondas ocêanicas, foi empregada a teoria potencial linear no domínio da frequência. Pôde-se, assim, determinar o desalinhamento do feixe óptico transmitido, causado pelo movimento da embarcação nos seus seis graus de liberdade: avanço (surge), deriva (sway), afundamento (heave), balanço (roll), caturro (pitch) e guinada (yaw). Nesse sentido, a disponibilidade do enlace foi simulada, com base nas perdas geométricas e por desalinhamento, considerando um modelo de feixe com distribuição Gaussiana de potência, além dos demais fenômenos atmosféricos. Ao final deste estudo, foi observado, por meio das análises das curvas de RAO (Response Amplitude Operator), que as amplitudes das rotações de pitch e yaw, nos períodos de ressonância do navio, exercem uma grande influência no desempenho do sistema FSO. Os resultados são apresentados em função dos seguintes parâmetros da condição de mar: altura significativa, período de pico e ângulo de incidência de onda. Também são variados dois parâmetros do sistema FSO: ângulo de divergência e distância do enlace. Para o cálculo das perdas geométricas e por desalinhamento, foi adotada uma formulação matemática, que utiliza a função Q de Marcum como solução analítica para o cálculo da potência óptica recebida. Durante as simulações, foi comprovada a eficiência dessa expressão, em comparação ao método de integração numérica da função Gaussiana. Assim, entende-se que a metodologia desenvolvida neste estudo pode ser utilizada para otimizar o desempenho de enlaces FSO implementados em plataformas offshore sob a influência das ondas do mar. |
| Abstract: | This work analyzes the influence of ship’s motions on the performance of a Free-Space Optics (FSO) communication link established between the Amphibious Task Force Command (onboard) and the Landing Force command post (on land). In this analysis, the main channel phenomena are studied, including geometric, atmospheric, misalignment and scintillation losses. The main objective of this study is to analyze the influence of the ship’s hydrodynamic behavior on the performance of an FSO link. For the analysis of the behavior of the ship in oceanic waves, the linear potential theory in the frequency domain was used. Thus, it was possible to determine the misalignment of the transmitted optical beam, caused by the motions of the vessel in its six degrees of freedom: surge, sway, heave, roll, pitch and yaw. In this sense, the link availability was simulated, based on geometric and misalignment losses, considering a beam model with Gaussian power distribution, in addition to other atmospheric phenomena. At the end of this study, it was observed, through the analysis of the RAO (Response Amplitude Operator) curves, that the amplitudes of pitch and yaw rotations, in the vessel’s resonance periods, exert a great influence on the FSO system performance. The results are presented as a function of the following sea condition parameters: significant height, peak period and wave incidence angle. Two FSO system parameters are also varied: divergence angle and link distance. For the calculation of geometric and misalignment losses, a mathematical formulation was adopted, which uses Marcum’s Q-function as an analytical solution to calculate the received optical power. During the simulations, the efficiency of this expression was proven, compared to the numerical integration of the Gaussian function. Thus, it is understood that the methodology developed in this study can be used to optimize the performance of FSO links implemented in offshore platforms under the influence of ocean waves. |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
| URI: | http://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/844793 |
| Tipo: | Dissertação |
| Aparece nas coleções: | Telecomunicações: Coleção de Dissertações |
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