Modelo de simulação para um canal de comunicação acústico subaquático com transdutores piezoelétricos

Abstract

A evolução dos sistemas de comunicações para ambientes terrestres vem sendo amplamente estudado e tem se consolidado no decorrer das últimas décadas. Entretanto, as comunicações para ambientes subaquáticos ainda carecem quantitativamente de pesquisas, demandando mais estudosvisandoaoaprimoramentodastécnicasdetransmissãonesteambientepoucoexplorado. Uma das técnicas que vêm chamando a atenção dos pesquisadores é a comunicação acústica subaquática onde a piezoeletricidade atua como elemento ativo dos transdutores na geração de sinais na forma de ondas acústicas que são propagadas pelo canal de comunicação. Neste tipo de comunicação, o efeito da piezoeletricidade ocorre na transmissão e recepção de um sinal acústico, onde o dispositivo que transmite o sinal é o projetor e o que recebe é o hidrofone. O objetivo geral deste trabalho é desenvolver um modelo de simulação para um canal de comunicação acústico subaquático com transdutores piezoelétricos desenvolvidos para trabalhar na frequência de operação ótima do canal. Para realizar esta simulação foram utilizados os softwares COMSOL Multiphysics e Matlab/Simulink, que juntos compuseram o modelo proposto. No primeiro software foi modelado o transdutor piezoelétrico onde foram extraídas suas principais características, como o diagrama de radiação do feixe sonoro, a variação de fase, a largura de banda de operação e a frequência de ressonância do sinal. Estas características foram utilizadas como parâmetros de entrada para a modelagem do canal de comunicação acústico subaquático realizado pelo segundo software. Este canal de comunicação é formado por blocos de atrasos de propagação, múltiplos caminhos, atenuação do meio e ruído ambiental, onde foram simulados dois cenários diferentes, com modulação e filtragem na recepção do sinal. Os resultados obtidos em ambas as modelagens, do transdutor piezoelétrico e do canal de comunicação acústico subaquático, são devidamente apresentados e discutidos ao longo desta dissertação. Como principais contribuições desta pesquisa temos que: (i) a modelagem do transdutor nos proporcionou a escolha da frequência de operação de acordo com o tipo de aplicação desejada; (ii) a flexibilidade dos cenários propostos, nos permitiu identificar e comparar os efeitos ocasionados pelo canal de comunicação, onde os sinais recebidos apresentaram características similares aos sinais originais tornando possível reconhecer a informação transmitida pelo canal. Comparamos o modelo com os trabalhos r