Diseño de un simulador para sistemas de localización acústicos subacuáticos basados en secuencias de espectro ensanchado

Abstract

Las señales acústicas en entornos subacuáticos cada vez tienen más relevancia debido a la necesidad de localizar vehículos submarinos o redes de sensores en el fondo marino. Para desplegar cualquier sistema de posicionamiento, el primer paso es la realización de pruebas simuladas con objeto de conocer las necesidades y restricciones impuestas por el medio. Además, debido a la dificultad y al coste asociado a desplegar demostradores prácticos en entornos subacuáticos, resulta de especial utilidad disponer de modelos de simulación que permitan generar un amplio banco de pruebas, como paso previo a la realización de pruebas experimentales. La herramienta de simulación presentada en este trabajo permite el diseño de las señales emitidas por los transductores, la configuración de la emisión, la batimetría y los diferentes parámetros que caracterizan el entorno, así como la selección y ubicación del hidrófono receptor. Se utilizará un modelo de trazado de rayos para la simulación de la propagación de señales acústicas y se mostrarán los resultados en diferentes etapas del procesamiento: banda base, señal modulada, señal recibida y estimación de la posición.

Acoustic signals for positioning systems in underwater environments have become particularly relevant, due to the need of locating underwater vehicles and sensor networks. To successfully deploy these positioning systems, a first common step is to carry out simulated studies to determine the requirements and restrictions imposed by the environment. Furthermore, since the underwater environment involves an additional difficulty and cost when deploying prototypes, it is particularly useful to have computer models available that allow the generation of a wide range of tests, as a previous step to the implementation of any experimental test. For that purpose, this work focuses on the design of a simulation tool for researchers in the field of acoustic localization systems. The proposed tool deals with key parameters and features, such as the generation of the signals emitted by the acoustic transducers (encoding techniques, modulations schemes, etc.), the frequency response and location of emitters and hydrophones, the bathymetry of the seabed, and the channel effects on the ultrasonic signal propagation. A ray tracing model has been applied to model the propagation of acoustic signals. The simulation tool has been successfully validated as a useful asset for this type of positioning systems, by means of a complete set of tests, considering different configurations and situations, and also analyzing the signals involved at different processing stages: baseband, modulated signals, received signals and final estimated positions.