Baikal-GVD

We present the status of the Gigaton Volume Detector in Lake Baikal (Baikal-GVD) designed for the detection of high energy neutrinos of astrophysical origin. The telescope consists of functionally independent clusters, sub-arrays of optical modules (OMs), which are connected to shore by individual electro-optical cables. During 2015 the GVD demonstration cluster, comprising 192 OMs, has been successfully operated in Lake Baikal. In 2016 this array was upgraded to baseline configuration of GVD cluster with 288 OMs arranged on eight vertical strings. Thus the instrumented water volume has been increased up to about 5.9 Mtons. The array was commissioned in early April 2016 and takes data since then. We describe the configuration and design of the 2016 array. Preliminary results obtained with data recorded in 2015 are also discussed

3D acoustic imaging applied to the Baikal Neutrino Telescope

A hydro-acoustic imaging system was tested in a pilot study on distant localization of elements of the Baikal underwater neutrino telescope. For this innovative approach, based on broad band acoustic echo signals and strictly avoiding any active acoustic elements on the telescope, the imaging system was temporarily installed just below the ice surface, while the telescope stayed in its standard position at 1100 m depth. The system comprised an antenna with four acoustic projectors positioned at the corners of a 50 meter square; acoustic pulses were "linear sweep-spread signals" - multiple-modulated wide-band signals (10-22 kHz) of 51.2 s duration. Three large objects (two string buoys and the central electronics module) were localized by the 3D acoustic imaging, with a accuracy of ~0.2 m (along the beam) and ~1.0 m (transverse). We discuss signal forms and parameters necessary for improved 3D acoustic imaging of the telescope, and suggest a layout of a possible stationary bottom based 3D imaging setup. The presented technique may be of interest for neutrino telescopes of km3-scale and beyond, as a flexible temporary or as a stationary tool to localize basic telescope elements, while these are completely passive.Comment: 5 pages, 4 figures; presented at VLVNT08 (Very Large Volume Neutrino Telescope) Workshop, Toulon, France, April, 2008; to appear in NIM-

Optimisation of frequency spread curve of a hydro-acoustic communication signal

Розглядається задача оптимізації характеристик цифрових сигналів зв'язку з розширенням спектру для перспективних гідроакустичних систем передачі даних від водою. Для сигналів зв'язку з розширенням спектра за однаковим критерієм оптимізації проведена оцінка, яка вказує на істотний вплив характеристик розширення сигналу на його властивості на прийомі в каналах, що характеризуються високим рівнем реверберації. Виконано оптимізацію форми кривої зміни частоти з використанням методу еволюційних стратегій, яка дозволила мінімізувати функціонал, що віддзеркалює міру перекручування сигналу в каналах такого типу.Рассматривается задача оптимизации характеристик цифровых гидроакустических сигналов связи, характеризуемых расширением спектра, для перспективных гидроакустических систем передачи данных под водой. Для сигналов связи с расширением спектра по одинаковому критерию оптимизации проведена оценка, указывающая на существенное влияние формы кривой изменения частоты (характеристик расширения) на свойства принимаемого сигнала, в каналах, характеризуемых высоким уровнем реверберации. Выполнена оптимизация формы кривой изменения частоты с использованием метода эволюционных стратегий, минимизирующая функционал, отражающий меру искажения принимаемого сигнала в каналах такого типа.The task of optimisation of digital spread-spectrum communication signals characteristics is considered, aimed for development of prospective hydroacoustic communication (data transmission) systems. For signals with freuqency spread spectrum an estimation was carried out, which pointed out to significant influence of the form of frequency spread onto characteristics of receive signals in channels comprising strong and extended reverberation. By means of evolutionary computation algorithms an optimisation of the form of frequency spread was executed and the measure of signals impairments, typical for channels of these kind, was obtained

The trials results of improved system of digital hydro-acoustic (wireless) communication for twofold-purpose tasks

Наведені основні результати фізичних експериментів прототипу системи цифрового гідроакустичного зв'язку, яка реалізує метод монотонного розширення спектру сигналу. Система показала здатність забезпечувати якісний прийом цифрової інформації в складних динамічних багатопроменевих каналах. Порівняно з традиційними системами, застосування несучої з монотонним розширенням спектру дало змогу більш ніж вдвічі збільшити коефіцієнт частотної ефективності, забезпечуючи суттєве підвищення дос яжної швидкості передавання даних.Приведены основные результаты физических экспериментов прототипа системы цифровой гидроакустической связи, реализующей метод монотонного расширения спектра сигнала. Система показала способность обеспечивать качественный прием цифровой информации в сложных динамических многолучевых каналах. По сравнению с традиционными системами использование несущей с монотонным расширением сигнала позволило более чем вдвое повысить коэффициент частной эффективности, обеспечивая тем самым существенное увеличение достигаемой скорости передачи данных.There are represented the experimental results of data transmission carried out with a prototype of digital hydro-acoustic communication system that realizes the method of monotonous spread of signal frequency spectrum. The system demonstrated the ability to provide a high-quality transfer of digital data in complicated multipath channels comprising large dynamics of their characteristics. In comparison to conventional systems the use of monotonous frequency spread on transmit signals provided more than twice increase of frequency efficiency coefficient and thus significant enlarge of achievable data rate

The detection of amplitude manipulated hydro-acoustic signal with linear frequency modulation

Рассматривается задача по оценке вероятности обнаружения гидроакустического сигнала с линейной частотной модуляцией. Полученные для вероятности обнаружения аналитические зависимости позволяют прогнозировать основные показатели работы приемника сигналов в условиях сложных гидроакустических каналов, характеризуемых выраженной многолучевостью и динамикой свойств.Розглядається задача з оцінки вірогідності детектування гідроакустичного сигналу з лінійною частотною модуляцією. Отримані для вірогідності детектування аналітичні залежності дозволяють прогнозувати основні показники роботи приймача сигналів у умовах складних гідроакустичних каналів, які характеризуються вираженою багатопроменевістю і динамікою властивостей.There is considered the task of the detection of amplitude manipulated hydro-acoustic signal with linear frequency modulation. Analytic expressions, which were derived in the paper, can facilitate the prognosis of basic characteristics of hydroacoustic signal receivers in tricky conditions of hydro-acoustic channels, which are characterized with extended multipath and dynamics of their properties

About the time arrangement of phase-manipulated hydro-acoustic signal with continuous frequency spread

Представлені результати чисельного моделювання і експериментального дослідження методу псевдовипадкового упорядковування цифрових гідроакустичних сигналів з безперервною розгорткою несучої під час передачі даних в гідроакустичному каналі з характеристиками підвищеної складності. Отримані залежності дозволяють здійснювати вибір тривалості фрагментів розгортки несучої і інтервалу псевдовипадкових пауз між ними для оптимізації швидкості і достовірності передачі даних з урахуванням актуальних характеристик каналу зв'язку.Представлены результаты численного моделирования и экспериментального исследования метода псевдослучайного упорядочивания цифровых гидроакустических сигналов с непрерывной разверткой несущей при передаче данных в гидроакустическом канале с характеристиками повышенной сложности. Полученные зависимости позволяют осуществлять выбор длительности развертки несущей и интервала псевдослучайных пауз между ними для оптимизации скорости и достоверности передачи данных с учетом актуальных характеристик канала связи.The results of numerical modelling and experimental investigation are represented, concerning investigation of method of time arrangement of phase-manipulated hydro-acoustic signal with continuous frequency spread during data transmission in hydro-acoustic channels with characteristics of extended complexity. The dependencies, which where obtained, enable the possibility to adjust the sweep-spread sections duration and interval of the pseudo-random pauses between them for optimisation of bit rate and likelihood of data transmission with consideration of actual characteristics of the communication channel

Experimental investigation of the characteristics of phase-manipulated hydro-acoustical signals with continuously spread spectrum in reverberation channels

Представлены результаты экспериментов по цифровой гидроакустической связи в каналах с высоким уровнем реверберации. Для кодирования информации использовалась двукратная относительная фазовая манипуляция. Несущая представляла собой колебание, частота которого непрерывно изменялась. Продемонстрировано влияние формы кривой вариации частоты – развертки несущей – на качество передачи, оцениваемое по критерию вероятности битовой ошибки.Продемонстровано результати експериментів з цифрового гідроакустичного зв’язку в каналах з високим рівнем реверберації. Для кодування інформації використовувалася подвійна відносна фазова маніпуляція. Несуча являла собою коливання, частота якого безперервно змінювалася. Продемонстровано валив форми кривої варіації частоти – розгортки несучої – на якість передачі, яка оцінювалася за критерієм вірогідності бітової помилки.There are demonstrated the experimental results of hydro-acoustic communication in channels with high level of reverberation. The differential quaternary phase manipulation was applied for encoding of transmitting data. The carrier represented an oscillation with, characterised with continuously spread spectrum. There is demonstrated the influence of the form of fre-quency variation – vobbulaion of the carrier – onto the quality of data transmission according to criterion of bit error rate

Experimental dependency of the data rate from complexity of the long-range hydro-acoustic channel

Представлены результаты экспериментов по передаче цифровой информации в мелководных гидроакустических каналах большой протяженности. Сигналы связи характеризовались монотонным расширением спектра в диапазоне 8 – 16 кГц. Экспериментальные значения номинальной скорости передачи данных составляли 4,3 – 4,7 кбит/с при вероятности битовой ошибки порядка 10–4 – 10–5. Достигнутая производительность позволяет утверждать о возможности устойчивого обмена данными между подводным объектом и поверхностным носителем в каналах протяженностью 4 – 6 км.Представлені результати експериментів щодо передачі цифрової інформації в мілководних гідроакустичних каналах великої довжини. Сигнали зв'язку характеризувалися монотонним розширенням спектру в діапазоні 8 – 16 кГц. Експериментальні значення номінальної швидкості передачі даних становили 4,3 – 4,7 кбіт/с при ймовірності бітової помилки з порядком 10–4 – 10–5. Досягнута продуктивність дозволяє стверджувати про можливість стійкого обміну даними між підводним об'єктом і поверхневим носієм у каналах довжиною 4 – 6 км.The results of experimental investigation of hydro-acoustic data transmission in long shallow water channels are represented. The signals are characterised with monotonous frequency spread in the range between 8 and 16 kHz. Experimental values of nominal bitrates comprised 4,3 – 4,7 kbps with bit error probability of 10–4 – 10–5. The performance achieved allows to state about the possibility of reliable data exchange between underwater object and surface vessel in channels of 4 – 6 km length