Modelado de la propagación acústica submarina para comunicaciones PtP

El objetivo principal del proyecto es el desarrollo de un simulador de comunicaciones submarinas, que permite la caracterización del canal a través de datos reales que son usados para establecer la comunicación entre dos puntos, empleando diferentes técnicas de modulación. Dicho simulador, ofrece un interfaz gráfico sencillo de usar y ha sido desarrollado en MatLab, basado en Bellhop [14] y Simulink. Dicho simulador desarrollado se ha usado para realizar simulaciones en diferentes escenarios, con datos reales del océano extraídos de la base de datos WOD [2]. Se ha divido el proyecto en seis partes: INTRODUCCIÓN, MARCO TEÓRICO, IMPLEMENTACIÓN, CONCLUSIONES, MANUAL y PROPUESTA DE PRÁCTICA. Se describen a continuación: En la primera parte, se realiza una introducción al proyecto, indicando las motivaciones que llevaron a desarrollarlo, una breve introducción, los objetivos fijados y un análisis de la evolución histórica de las comunicaciones submarinas, hasta llegar al estado del arte existente. En la segunda parte se describen los fundamentos teóricos necesarios para el desarrollo del proyecto, por una parte lo relativo a las ondas acústicas y su propagación, y por otra lo relativo a las técnicas de modulación digital empleadas. En la tercera parte se describe la implementación del simulador, explicando las funcionalidades existentes y un resumen de cómo fue desarrollado y su arquitectura lo que facilita su uso para proyectos futuros. La cuarta parte analiza las simulaciones realizadas en diversos escenarios, empleando datos reales y datos artificiales para la temperatura y salinidad del agua. En la quinta parte se proporciona un manual de usuario del simulador desarrollado, para que pueda ser usado correctamente. Se describe también el procesado de extracción de datos de WOD para que sean compatibles. Por último, en propuesta didáctica se propone un guión de práctica para desarrollar en la asignatura P.A.S. ABSTRACT. The main goal of this project is the development of an underwater communication simulator, that allows the determination of the underwater channel through real data, using different modulation techniques. The simulator, offers a graphic interface, easy to use and developed in MatLab, based on Bellhop [14] and Simulink. The simulator was given the name of UWACOMSIM and it was used to simulate different scenarios, using data from the WOD [2]. The project is divided into six parts: INTRODUCTION, THEORETICAL FRAMEWORK, IMPLEMENTATION, CONCLUSIONS, MANUAL and DIDACTAL PROPOSAL. These parts are described bellow: In the first part an introduction is given, remarking the motivations that lead to develop the project. Also objectives are explained, a historical analysis of the underwater communications is given, and finish with the state of the art. Secondly, theoretical part is described. First, everything related with acoustics and wave propagation throgh water, secondly, digital modulation techniques are explained. In the third part, the simulation implementation is explained. Main functionalities are highlighted and a brief overview of the architecture is given. This part can be useful for related works. Simulations and conclusions about the results, are done in the fourth part. In this section, different significant scenarios are chosen, and many simulations are launched in order to analyse the data. In the fifth parth, a user manual is provided in order to show the user how to use the simulator and how to download data from WOD if needed. In the final part of the project, a laboratory session is proposed for the subject P.A.S.

Sistema para monitoramento e análise de paisagens acústicas submarinas.

O Monitoramento Acústico Passivo (PAM) submarino refere-se ao uso de sistemas de escuta e gravação subaquática, com o intuito de detectar, monitorar e identificar fontes sonoras através das ondas de pressão que elas produzem. Se diz que é passivo já que tais sistemas unicamente ouvem, sem perturbam o meio ambiente acústico existente, diferentemente de ativos, como os sonares. O PAM submarino tem diversas áreas de aplicação, como em sistemas de vigilância militar, seguridade portuária, monitoramento ambiental, desenvolvimento de índices de densidade populacional de espécies, identificação de espécies, etc. Tecnologia nacional nesta área é praticamente inexistente apesar da sua importância. Neste contexto, o presente trabalho visa contribuir com o desenvolvimento de tecnologia nacional no tema através da concepção, construção e operação de equipamento autônomo de PAM e de métodos de processamento de sinais para detecção automatizada de eventos acústicos submarinos. Foi desenvolvido um equipamento, nomeado OceanPod, que possui características como baixo custo de fabrica¸c~ao, flexibilidade e facilidade de configuração e uso, voltado para a pesquisa científica, industrial e para controle ambiental. Vários protótipos desse equipamento foram construídos e utilizados em missões no mar. Essas jornadas de monitoramento permitiram iniciar a criação de um banco de dados acústico, o qual permitiu fornecer a matéria prima para o teste de detectores de eventos acústicos automatizados e em tempo real. Adicionalmente também é proposto um novo método de detecção-identificação de eventos acústicos, baseado em análise estatística da representação tempo-frequência dos sinais acústicos. Este novo método foi testado na detecção de cetáceos, presentes no banco de dados gerado pelas missões de monitoramento.

Análise da viabilidade de aplicações de monitoramento e controle utilizando redes acústicas submarinas.

A acústica submarina vem sendo estudada por décadas, mas redes submarinas com transmissão acústica e protocolos específicos para a comunicação neste meio são campos de pesquisa que estão iniciando. Recentemente alguns simuladores, baseados no NS-2, foram desenvolvidos para o estudo destas redes. Este trabalho avalia através de simulações a viabilidade de aplicações genéricas de monitoramento e controle em redes acústicas submarinas. São propostas e utilizadas três topologias básicas para redes acústicas submarinas: linha, quadro e cubo e dois protocolos MAC: Broadcast e R-MAC. Em nossas análises comparamos esses dois protocolos em relação ao consumo total de energia e o atraso total na rede. Os resultados mostram que essas topologias associadas aos protocolos MAC atendem as necessidades e as peculiaridades da grande maioria das aplicações de monitoramento e controle que utilizam redes acústicas submarinas. O objetivo deste estudo não foi determinar qual a melhor topologia ou o melhor tipo de protocolo de acesso ao meio, mais sim determinar qual a configuração de rede mais indicada para determinada aplicação levando em consideração as características da cada uma delas.

Modelling underwater acoustic noise as a tool for coastal management

Dissertação de Mestrado, Gestão da Água e da Costa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2009

Redes de transmissão de dados em meios submarinos

Dissertação de Mestrado, Engenharia Eletrica e Eletrónica, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2015

Epi- and mesopelagic fishes, acoustic data, and SST images collected off Lanzarote, Fuerteventura, and Gran Canaria, Canary Islands, during cruise "La Bocaina 04-97"

[ES]Durante la campaña La Bocaina 0497 se llevaron a cabo una serie de 14 lances con una red de arrastre pelágico de tipo comercial entre 20 y 700 m. de profundidad y una porspección acústica con una ecosonda SIMRAD EK-500 en aguas neríticas y oceánicas adyacentes a Lanzarote, Fuerteventura y Gran Canaria. Además se obtuvieron imágenes SST para obtener información de las condiciones hidrológicas en el área de estudio. Los resultados mostraron que la caballa Scomber japonicus presentaba gran variabilidad espacial en biomasa entre las diferentes localidades muestreadas.

Variabilidad espacio-temporal de la biomasa de la capa profunda de reflexión en aguas canarias

[ES] La Capa Profunda de Reflexión (Deep Scattering Layer, DSL) es una capa de reflexión bioacústica formada por organismos mesopelágicos y constituye uno de los recursos biológicos marinos más abundantes de las Aguas de Canarias. Utilizando los datos obtenidos mediante técnicas acústicas y de arrastres pelágicos realizados en estas aguas durante diferentes campañas, investigamos la distribución espacio-temporal de la biomasa de las comunidades mesopelágicas que la componen.

Capa de dispersión profunda en la zona económica exclusiva del noroeste de México

[ES]Se presenta un estudio realizado en la zona económica exclusiva del noroeste de México próxima a la region del Pacífico Norte de Baja California Sur, a bordo del barco de investigación “BIPO INAPESCA”. Como objetivo general se expondrá el estudio, sobre una campaña de prospección, la capa de dispersión profunda en el Noroeste de México, aplicando métodos de la acústica pesquera. Para ello, de la zona prospectada se mostrará el transecto que mejor describe la capa de dispersión profunda, cómo funciona el análisis e interpretación de los ecogramas indicando el tipo de ecos o agregaciones de los peces que componen la capa de dispersión profunda y finalmente se mencionarán los programas o software utilizados para el post-procesamiento de los datos

Estudio y soluciones a la problemática de contaminación acústica en el entorno del aeropuerto de Loiu

[ES]El rápido aumento de las nuevas tecnologías, así como el aumento del uso tanto del transporte público como del privado ha conllevado un aumento en los niveles de ruido. Además, la proximidad de las industrias a las ciudades y los trabajos diarios a pie de calle no han mejorado esta situación, sino que la ha empeorado. Debido a este aumento de la intensidad sonora, las enfermedades que derivan de ello han aumentado. Por ello, las soluciones para disminuir los niveles de ruido que llegan a la población se han ido desarrollando cada vez más. En el caso de las viviendas cercanas a los aeropuertos, la solución adoptada comúnmente es la insonorización acústica del edificio por su relativa sencillez. En este trabajo, se estudia un caso concreto de un edificio residencial cercano al aeropuerto de Loiu, Bilbao y se resuelve la opción más sencilla posible de aislamiento acústico para la vivienda.

Modelización acústica del interior de un Tren de Alta Velocidad

[ES]El presente Trabajo de Fin de Grado, titulado ‘Modelización Acústica del Interior de un Tren de Alta Velocidad’, tiene como objetivo el análisis acústico a bajas frecuencias del habitáculo de un coche de un tren de alta velocidad. La temática ha sido elegida debido a la creciente presencia de trenes de alta velocidad en nuestro entorno, en los cuales el Control Acústico o de Ruidos es un aspecto muy importante para el confort del medio de transporte. Dentro de los ruidos por los que se ve afectado el tren, los de baja frecuencia son los más difíciles de tratar y controlar, y es por ello que van a constituir la línea de trabajo de este proyecto. La estructura de lo que se va a tratar en este proyecto es la siguiente: En primer lugar, se analizará el contexto en que se encuadra este proyecto y las razones que han llevado a su realización. Posteriormente, se explicarán los fundamentos teóricos que hay detrás de los análisis que se van a realizar. Más adelante se pasará al análisis del caso práctico que se ha elegido para ilustrar el proyecto: el habitáculo de un coche del tren Serie 120 de Renfe, construido por CAF [1, 2, 3]. Se realizarán tanto análisis modales como de respuesta forzada. Dicho ejemplo servirá de base para asentar las conclusiones y proponer la aplicación que se les puede dar a éstas, así como las líneas de investigación para las cuales este proyecto puede ser un punto de partida.

Avaliação do efeito de duas técnicas de instrumentação na zona de risco de molares inferiores curvos por microtomografia computadorizada e análise de imagens

O objetivo deste estudo foi avaliar a espessura mínima radicular remanescente e o desgaste porcentual do terço cervical em raízes mesiais de molares inferiores, após a instrumentação com as técnicas ProTaper Universal e Lima única F2. Foram obtidos 100 primeiros molares inferiores com raízes completamente separadas. Desse total, foram selecionados e incluídos no estudo somente 22 que possuíam dois canais distintos na raiz mesial, comprimento entre 20 e 22 mm e grau de curvatura da raiz mesial com angulação variando entre 10 e 20. Destes, 8 foram eliminados por possuírem uma anatomia muito discrepante, o que limitava o processamento e análise digital das imagens (PADI). Os dentes foram acessados e a patência apical foi realizada em todos os canais determinando o comprimento de trabalho. Em cada dente, cada canal mesial foi instrumentado por uma técnica diferente. As amostras foram posicionadas em um dispositivo de montagem e digitalizadas através de microtomografia computadorizada antes e depois de serem completamente instrumentadas. O volume de interesse, correspondente à região de zona de risco, com uma grande margem de tolerância, tanto em direção apical quanto em direção cervical, foi determinado por 234 fatias, totalizando um comprimento vertical de 3,5 mm, para avaliação quantitativa comparativa. Através de PADI mediu-se, de forma automática, a espessura mínima radicular nos dois canais mesiais, antes e após a instrumentação, para todas as fatias de todos os dentes. A partir destes dados foi calculado o desgaste porcentual. Após o tratamento estatístico das mais de 6500 medidas obtidas, pôde-se concluir que não existiu diferença no desgaste da zona de risco produzido pelas duas técnicas de instrumentação testadas. Em todos os casos a espessura radicular remanescente permaneceu dentro de uma margem de segurança, não havendo, portanto, nenhum caso de rasgo ou perfuração. Dessa forma, ambas as técnicas estudadas foram consideradas seguras quanto ao desgaste da zona de risco da raiz mesial dos molares inferiores.

Intensidade acústica útil: um novo método para identificação de regiões radiantes em superfícies com geometrias arbitrárias

Neste trabalho é descrita a teoria necessária para a obtenção da grandeza denominada intensidade supersônica, a qual tem por objetivo identificar as regiões de uma fonte de ruído que efetivamente contribuem para a potência sonora, filtrando, consequentemente, a parcela referente às ondas sonoras recirculantes e evanescentes. É apresentada a abordagem de Fourier para a obtenção da intensidade supersônica em fontes com geometrias separáveis e a formulação numérica existente para a obtenção de um equivalente à intensidade supersônica em fontes sonoras com geometrias arbitrárias. Este trabalho apresenta como principal contribuição original, uma técnica para o cálculo de um equivalente à intensidade supersônica, denominado aqui de intensidade acústica útil, capaz de identificar as regiões de uma superfície vibrante de geometria arbitrária que efetivamente contribuem para a potência sonora que será radiada. Ao contrário da formulação numérica existente, o modelo proposto é mais direto, totalmente formulado na superfície vibrante, onde a potência sonora é obtida através de um operador (uma matriz) que relaciona a potência sonora radiada com a distribuição de velocidade normal à superfície vibrante, obtida com o uso do método de elementos finitos. Tal operador, chamado aqui de operador de potência, é Hermitiano, fato crucial para a obtenção da intensidade acússtica útil, após a aplicação da decomposição em autovalores e autovetores no operador de potência, e do critério de truncamento proposto. Exemplos de aplicações da intensidade acústica útil em superfícies vibrantes com a geometria de uma placa, de um cilindro com tampas e de um silenciador automotivo são apresentados, e os resultados são comparados com os obtidos via intensidade supersônica (placa) e via técnica numérica existente (cilindro), evidenciando que a intensidade acústica útil traz, como benefício adicional, uma redução em relação ao tempo computacional quando comparada com a técnica numérica existente.

Modelización acústica del interior de un tren de alta velocidad.

[ES]El presente Trabajo de Fin de Grado titulado 'Modelización Acústica del Interior de un Tren de Alta Velocidad' tiene como tarea la realización de diversos análisis acústicos de un habitáculo de un coche ferroviario. El principal objetivo va a ser ofrecer una guía detallada a modo de manual de usuario para llevar a cabo dichos análisis sin necesitar información adicional. Las herramientas de ayuda a utilizar van a ser un programa CAD de diseño como Solid Edge ST6 o Catia V5 y un software de elementos finitos como Ansys.

Acústica del Acordeón

320 p.

Aperfeiçoamento do algoritmo algébrico sequencial para a identificação de variações abruptas de impedância acústica via otimização

Neste trabalho são utilizados a técnica baseada na propagação de ondas acústicas e o método de otimização estocástica Luus-Jaakola (LJ) para solucionar o problema inverso relacionado à identificação de danos em barras. São apresentados o algoritmo algébrico sequencial (AAS) e o algoritmo algébrico sequencial aperfeiçoado (AASA) que modelam o problema direto de propagação de ondas acústicas em uma barra. O AASA consiste nas modificações introduzidas no AAS. O uso do AASA resolve com vantagens o problema de identificação de danos com variações abruptas de impedância. Neste trabalho são obtidos, usando-se o AAS-LJ e o AASA-LJ, os resultados de identificação de cinco cenários de danos. Três deles com perfil suave de impedância acústica generalizada e os outros dois abruptos. Além disso, com o objetivo de simular sinais reais de um experimento, foram introduzidos variados níveis de ruído. Os resultados alcançados mostram que o uso do AASA-LJ na resolução de problemas de identificação de danos em barras é bastante promissor, superando o AAS-LJ para perfis abruptos de impedância.