Nouveau poste de doctorat 2024-2027 : Suivi efficace des faisceaux pour les liaisons de communication optiques sous-marines

Contexte:

La demande croissante pour l’exploration et l’exploitation des ressources sous-marines nécessite le développement d’équipements adéquats et d’une robotique capable de transmettre des données à grande échelle avec une faible latence. La transmission de données sans fil et à haut débit devient ainsi l’une des caractéristiques clés de tels systèmes. Parmi les technologies de transmission existantes, les communications optiques sans fil sous-marines (UWOC) sont particulièrement prometteuses. En plus d’offrir des débits très élevés, il présente les avantages d’une faible latence, d’une faible consommation d’énergie et d’un impact bien moindre sur la vie marine. Ils s’avèrent très prometteurs pour établir des liaisons à très haut débit entre capteurs sous-marins, véhicules sous-marins autonomes (AUV), etc.

Objectifs:

L’objectif de cette thèse est de développer des mécanismes efficaces de pointage et de suivi de faisceaux pour permettre l’établissement de liens UWOC robustes entre des unités sous-marines en mouvement telles que deux AUV. En effet, l’amélioration de la robustesse de la liaison nécessite, entre autres facteurs, l’utilisation de mécanismes efficaces, agiles et à faible consommation d’énergie pour le pointage, l’acquisition et le suivi du faisceau (PAT). À l’Institut Fresnel, nous avons récemment réfléchi à la modélisation statistique et à l’optimisation des émetteurs/récepteurs pour les liaisons UWOC sujettes à des erreurs de pointage [4]. Cependant, la conception de solutions PAT efficaces et de haute précision pour des scénarios pratiques de déploiement de liaisons UOWC reste un problème ouvert, et plus difficile que dans les liaisons optiques terrestres en espace libre [5], en raison de la mobilité des AUV et du manque de précision de localisation sous l’eau. .

Cette recherche sera réalisée en collaboration avec le laboratoire DTU Fotonik pour prendre en compte la mise en œuvre pratique des techniques développées. À terme, la technologie développée permettra d’utiliser des faisceaux à faible divergence, augmentant ainsi la portée des liaisons.

Mots-clés :  Communications optiques sous-marines, acquisition et suivi de pointage, réseaux optiques multiéléments.

[1] MA Khalighi et al. , « Communication optique sans fil sous-marine ; Récents avancées et défis restants », article invité, ICTON, juillet 2014.

[2] MA Khalighi et al. , Communications sous-marines par lumière visible, modélisation des canaux et conception de systèmes , Communications par lumière visible, théorie et applications, CRC Press, 2017

[3] G. Schirripa Spagnolo, L. Cozzella, F. Leccese, « Communications optiques sans fil sous-marines : présentation », Capteurs MDPI , 2020

[4] IC Ijeh, MA Khalighi et S. Hranilovic, « Optimisation des paramètres pour une liaison verticale sans fil optique sous-marine soumise à des désalignements de liaison », IEEE Journal of Oceanic Engineering , vol. 46, non. 4, pp. 1424-1437, octobre 2021

[5] MA Khalighi, M. Uysal, « Enquête sur la communication optique en espace libre : une perspective de théorie de la communication », IEEE Communications Surveys & Tutorials , vol. 16, non. 4, pp. 2231-2258, quatrième trimestre 2014

[6] C.Gabriel et al. , « Caractérisation des canaux basée sur Monte-Carlo pour les systèmes de communication optique sous-marins », Journal of Optical Communications & Networking , janvier 2013.

[7] MA Khalighi et al. , “Communications optiques sans fil sous-marines utilisant des photomultiplicateurs au silicium”,  IEEE Photonics Journal , Vol. 9, n° 4, août 2017.

[8] T. Hamza et al , “Enquête sur l’impact du bruit solaire sur les performances des liaisons de communication optiques sans fil sous-marines”, Optics Express , Vol. 24, n° 22, 31 octobre 2016.

[9] Y. Liu, H. Hu, « Matrice optique en silicium avec un champ de vision de 180 degrés pour l’orientation du faisceau optique 2D », Optica,  9, 903-907, 2022.

[10] D. Kong et al., « Traduction spectrale continue sur puce à très haut débit déverrouillant des communications optiques cohérentes au-delà des bandes de télécommunications conventionnelles », Nature Communications, 13, 4139, 2022.