Estudo da influência dos movimentos induzidos por ondas sobre um enlace navio-costa de comunicações ópticas no espaço livre

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Gurgel Júnior, Airton Fernandes
• Orientador(a): Carneiro, Vítor Gouvêa Andrezo, Santos, José Carlos Araujo dos, Castillo, Claudio Alexis Rodríguez
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Militar de Engenharia (IME)
• Palavras-chave em Português: 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
• Link de acesso: http://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/844793

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.