Атмосферная оптическая связь на рассеянном излучении с беспилотными летательными аппаратами

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-22-00830

НазваниеАтмосферная оптическая связь на рассеянном излучении с беспилотными летательными аппаратами

Руководитель Тарасенков Михаил Викторович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук , Томская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-301 - Физическая оптика

Ключевые слова оптическая связь на рассеянном излучении, полевые эксперименты, беспилотный летательный аппарат, теория переноса излучения

Код ГРНТИ29.03.31, 29.03.77

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящен теоретическим и экспериментальным исследованиям систем атмосферной оптической связи на рассеянном излучении между земной поверхностью и беспилотным летательным аппаратом (БПЛА). Актуальность проблемы создания систем атмосферной оптической связи на рассеянном излучении подтверждается многочисленными публикациями в ведущих зарубежных изданиях. Оптическая связь на рассеянном излучении имеет следующие преимущества по сравнению с альтернативными: 1) многоадресность связи – информация может передаваться одновременно нескольким абонентам, 2) устойчивость связи к помехам, 3) потенциально высокая скорость передачи информации в силу использования излучения оптического диапазона, 4) возможность перестройки канала связи для устранения прерывания сигнала препятствием. Оптическая связь с БПЛА является новым перспективным направлением исследований. В последние два года наблюдается значительный рост научных публикаций по данной теме. Они посвящены таким задачам, как передача больших объемов информации на небольшие расстояния в условиях плотной городской застройки, мониторинг дорог с помощью БПЛА, связь между кораблями и землей, мониторинг стихийных бедствий и опасных объектов и др. Однако, если БПЛА произвольно перемещается в пространстве, то атмосферная оптическая связь в прямой видимости (LOS) не позволяет устанавливать устойчивую связь с БПЛА. Системы связи с БПЛА по атмосферному каналу с рассеянием (NLOS) позволят устанавливать устойчивую связь между земной поверхностью и БПЛА в условиях произвольного перемещения БПЛА. В настоящее время наблюдается существенный рост возможностей беспилотных летательных аппаратов. Уже существуют коммерческие БПЛА, позволяющие поднимать до 30 кг полезной нагрузки и работать на высотах до нескольких километров. Область их использования также становится все шире. Поэтому в ближайшее время актуальность задачи организации оптической связи с БПЛА будет расти. Оптическая связь на рассеянном излучении является одним из перспективных способов решения этой задачи. Цель данного проекта состоит в установлении границ области дальнодействия, скорости передачи данных и качества атмосферной оптической связи на рассеянном излучении между земной поверхностью и перемещающимся БПЛА, а также между подводной передающей системой и перемещающимся БПЛА, Научная новизна предполагаемых результатов состоит в: 1) будет построена первая в России система оптической связи на рассеянном излучении с перемещающимся в атмосфере БПЛА. 2) определены оптико-геометрические условия эффективного круглосуточного использования систем оптической связи на рассеянном излучении в видимом и ближнем ИК диапазонах длин волн; 3) количественная информация о скорости передачи данных, вероятностях приема ошибочных символов в зависимости от геометрических схем формирования многоадресных атмосферных коммуникационных каналов. Теоретические оценки дальнодействия, скоростей передачи информации и вероятностей приема ошибочных символов через атмосферный канал в видимом и ближнем ИК диапазонах длин волн будут получены с использованием метода Монте Карло. Будут осуществлены в полевых условиях экспериментальные исследования и испытания оптико-электронных систем передачи информации по рассеянному лазерному излучению в атмосфере между земной поверхностью и БПЛА с контролем оптических характеристик атмосферы и оценкой качества связи в реальном масштабе времени.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Тарасенков М.В., Белов В.В., Познахарев Е.С. Estimation of the Quality of the Atmospheric Optical Communication Channel Based on Scattered Radiation between the Ground Surface and an Unmanned Aerial Vehicle Proceedings of SPIE, 2022. V.12341. CID: 12341 2Z. [12341-149] (год публикации - 2022)
10.1117/12.2644853

2. Тарасенков М. В., Белов В. В., Познахарев Е. С. Статистическое моделирование характеристик канала оптической связи на рассеянном излучении с беспилотным летательным аппаратом Оптика атмосферы и океана, 10,35,791–798 (год публикации - 2022)
10.15372/AOO20221001

3. Тарасенков М.В., Познахарев Е.С., Белов В.В., Пешков С.А. Estimation of capabilities of an atmospheric non-line-of-sight optical communication channel between UAV and the ground surface Proceedings of SPIE, 12780, 1278013, 1-5 (год публикации - 2023)
10.1117/12.2690471

4. Познахарев Е.С., Тарасенков М.В., Белов В.В., Федосов А.В., Кудрявцев А.Н. Field experiments on non-line-ofsight atmospheric optical communication between UAV and a ground-based receiver Proceedings of SPIE, 12780,127800U,1-6 (год публикации - 2023)
10.1117/12.2690206

5. Познахарев Е.С., Тарасенков М.В., Белов В.В., Федосов А.В., Кудрявцев А.Н. Полевые эксперименты по атмосферной оптической связи на рассеянном лазерном излучении между БПЛА и наземным приемником ИОА СО РАН, г. Томск, 144-148 (год публикации - 2023)

6. Тарасенков М.В., Познахарев Е.С., Белов В.В., Пешков С.А. Теоретическая оценка возможностей канала атмосферной оптической связи на рассеянном излучении между БПЛА и земной поверхностью ИОА СО РАН, г.Томск, 187-191 (год публикации - 2023)

7. Тарасенков М.В., Познахарев Е.С., Федосов А.В. Non-Line-of-Sight Atmospheric Optical Communication in the Visible Wavelength Range between UAV and the Ground Surface Atmosphere, vol. 15, No. 21, P. 1-14 (год публикации - 2024)
10.3390/atmos15010021

Публикации