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Mitjançant els dos projectes tractats en aquest TFG es proposen dues solucions complementàries per a la comunicació subaquàtica mitjançant mòdems acústics. S' analitza en primer lloc les dificultats que comporta establir comunicacions en el medi aquàtic valorant diverses tecnologies amb possibilitats de desenvolupament, valorant pros i contres de cadascuna d' elles. L'objectiu del primer projecte consisteix en que mitjançant una connexió GSM via SMS, des de qualsevol telèfon mòbil, es pugui enviar i rebre la informació de la temperatura, profunditat i voltatge del nostre mòdem submergit al mar. Per al segon projecte l' objectiu consisteix en què mitjançant una connexió GSM, via TCP des d' un servidor creat mitjançant LabVIEW en un PC, poder reconstruir qualsevol tipus d' arxiu enviat des de sota del mar. L'haver dissenyat i implementat dos projectes diferents, però a la seva manera relacionats entre si, ens permet concloure que tots dos podrien arribar a combinar-se per desenvolupar una aplicació més robusta i atractiva. A títol d' exemple, valorem positivament desenvolupar la funcionalitat d' activar i desactivar remotament la recopilació de dades des de qualsevol ubicació del món i via connexió GSM-SMS per, posteriorment, que aquests s' enviïn automàticament al servidor, mitjançant la connexió TCP-IP, tal com hem implementat en el segon projecte. Mediante los dos proyectos tratados en este TFG se proponen dos soluciones complementarias para la comunicación subacuática mediante módems acústicos. Se analiza en primer lugar las dificultades que entraña establecer comunicaciones en el medio acuático valorando diversas tecnologías con posibilidades de desarrollo, valorando pros y contras de cada una de ellas. El objetivo del primer proyecto consiste en que mediante una conexión GSM vía SMS, desde cualquier teléfono móvil, se pueda enviar y recibir la información de la temperatura, profundidad y voltaje de nuestro módem sumergido en el mar. Para el segundo proyecto el objetivo consiste en que mediante una conexión GSM, vía TCP desde un servidor creado mediante LabVIEW en un PC, poder reconstruir cualquier tipo de archivo enviado desde debajo del mar. El haber diseñado e implementado dos proyectos diferentes, pero a su manera relacionados entre sí, nos permite concluir que ambos podrían llegar a combinarse para desarrollar una aplicación más robusta y atractiva. A título de ejemplo, valoramos positivamente desarrollar la funcionalidad de activar y desactivar remotamente la recopilación de datos desde cualquier ubicación del mundo y vía conexión GSM-SMS para, posteriormente, que éstos se envíen automáticamente al servidor, mediante la conexión TCP-IP, tal y como hemos implementado en el segundo proyecto. Through the two projects discussed in this FDP, two complementary solutions are proposed for underwater communication using acoustic modems. Firstly, the difficulties involved in establishing communications in the aquatic environment are analysed, assessing various technologies with potential for development, assessing the pros and cons of each of them. The objective of the first project is that through a GSM connection via SMS, from any mobile phone, it is possible to send and receive information on the temperature, depth and voltage of our modem submerged in the sea. For the second project, the objective is that through a GSM connection, via TCP from a server created with LabVIEW on a PC, to be able to reconstruct any type of file sent from under the sea. Having designed and implemented two different projects, but related in their own way, allows us to conclude that both could be combined to develop a more robust and attractive application. By way of example, we positively value developing the functionality to remotely activate and deactivate data collection from any location in the world and via GSM-SMS connection so that these are subsequently sent automatically to the server, through the TCP-IP connection, as and as we have implemented in the second project.

[ES] KM3NeT es una estructura de investigación instalada en el Mar Mediterráneo que actualmente se encuentra en la primera fase de construcción, entre sus objetivos principales está la detección de neutrinos. Parte del sistema de posicionamiento de KM3NeT está conformado por emisores acústicos (Acoustic Beacons). En este trabajo se documenta la técnica de calibración en laboratorio utilizada en la etapa final del proceso de fabricación de estos sensores. Los resultados presentados están basados en una campaña de medidas de parámetros como el nivel de presión sonora, la directividad y el retardo electro-mecánico-acústico en dos entornos diferentes (tanque y piscina). Los diferentes análisis de estas medidas, técnicas de detección y observación de las distintas señales, ofrecen un estudio detallado del comportamiento individual de cada Acoustic Beacon antes de ser instalado en el telescopio de neutrinos, así como una comparación de resultados en los diferentes entornos., [EN] KM3NeT is a research infrastructure installed in the Mediterranean Sea that is currently in the first phase of construction, among its main objectives is the detection of neutrinos. Part of the KM3NeT positioning system consists of acoustic emitters (Acoustic Beacons). This paper documents the calibration technique used in the final stage of the fabrication process. The results presented are based on a campaign of measurements of parameters such as sound pressure level, directivity and electro-mechanical-acoustic delay in two different environments (laboratory tank and swimming pool). The different analyses of these measurements, detection techniques and observation of the different signals, provide a detailed study of the individual behavior of each Acoustic Beacon before installation, as well as a comparison of results in the different working environments.

La necessitat urgent de comprendre més el funcionament dels ecosistemes marins posa en importància la recopilació de dades per a posteriors anàlisis. A causa de l'entorn, suposa un gran repte la recuperació d'aquestes dades sense la necessitat d'accedir físicament als dispositius d'adquisició de dades o la retirada d'aquestes dades, això fa que estiguem en una recerca constant de tecnologies que permetin transmetre aquesta informació sense ús de llargs i costosos cables submarins. Habitualment les comunicacions sense fil submarines s'implementen mitjançant interfícies acústiques. Aquest projecte té com a objectiu caracteritzar i conèixer les limitacions de diferents interfícies de comunicació com Bluetooth o Wi-Fi al medi aquàtic i d'aquesta manera identificar en quines aplicacions o escenaris aquestes tecnologies seguirien sent vàlides. Atesa la viabilitat d'aquestes comunicacions sense fil i les seves limitacions, es presenta el desenvolupament d'un dispositiu que permeti i faciliti la transmissió de les dades adquirides des de les plataformes d'observació submarines. S'ha investigat com aconseguir l'objectiu d'aquest dispositiu i se li ha començat, asseient així una base, al desenvolupament d'una aplicació per aconseguir aquesta finalitat. La urgente necesidad de comprender en mayor medida el funcionamiento de los ecosistemas marinos pone en importancia la recopilación de datos para posteriores análisis. Debido al entorno, supone un gran reto la recuperación de estos datos sin la necesidad de acceder físicamente a los dispositivos de adquisición de datos o la retirada de estos, esto hace que estemos en una constante búsqueda de tecnologías que permitan transmitir dicha información sin el uso de largos y costosos cables submarinos. Habitualmente las comunicaciones inalámbricas submarinas se implementan mediante interfaces acústicas. El presente proyecto tiene como objetivo caracterizar y conocer las limitaciones de diferentes interfaces de comunicación como Bluetooth o Wi-Fi en el medio acuático y de esta manera identificar en que aplicaciones o escenarios dichas tecnologías seguirían siendo válidas. Ya vista la viabilidad de estas comunicaciones inalámbricas y sus limitaciones, se presenta el desarrollo de un dispositivo que permita y facilite la transmisión de los datos adquiridos desde las plataformas de observación submarinas. Se ha investigado como conseguir el objetivo de este dispositivo y se le ha dado comienzo, sentando así una base, al desarrollo de una aplicación para lograr ese fin. The urgent need to better understand the functioning of marine ecosystems makes it important to collect data for further analysis. Due to the environment, it is a great challenge to recover this data without the need to physically access the data acquisition devices or the removal of these, this means that we are in a constant search for technologies that allow transmitting said information without the use of long and expensive submarine cables. Underwater wireless communications are typically implemented using acoustic interfaces. The objective of this project is to characterize and understand the limitations of different communication interfaces such as Bluetooth or Wi-Fi in the aquatic environment and thus identify in which applications or scenarios these technologies would continue to be valid. Having seen the feasibility of these wireless communications and their limitations, the development of a device that allows and facilitates the transmission of data acquired from underwater observation platforms is presented. Research has been carried out on how to achieve the objective of this device and the development of an application to achieve this goal has been started, thus laying a foundation.

[ES] Se propone la realización del diseño de un circuito electrónico de muy baja potencia para un sistema autónomo alimentado con baterías tipo D que permita almacenar más de 8 Tbytes de datos acústicos submarinos en tarjetas microSD durante más de 3 meses en continuo y a una frecuencia de muestreo de 192 kHz. Este diseño será utilizado en aplicaciones con fines medioambientales, dentro de las Estrategias Marinas (EEMM) marcadas por la Marine Strategy Framework Directive (MSFD) de la Union Europea (UE), concretamente en la directiva 11 de ruido submarino. Además, y entre otras varias especificaciones, deberá contar con un reloj externo alimentado de forma independiente al del circuito electrónico, permitir la monitorización de la batería del dispositivo mediante un Test Point y tener dos entradas y una salida de audio diferencial trabajando a 24 bits. A su vez, el diseño contará con diversos puertos GPIO para la futura conexión de nuevos sensores o actuadores. Las claves del proyecto serán la utilización de componentes electrónicos de muy bajo consumo, así como el diseño y caracterización del sistema de almacenamiento de datos mediante la utilización de varios buses a los cuales se conectarán las tarjetas uSD requeridas., [EN] The design of a very low power electronic circuit for an autonomous system powered by type-D batteries is proposed, which will allow the storage of more than 8 Tbytes of underwater acoustic data on microSD cards with a sample rate of 192 kHz during three months of deployment. This design will be used in applications with environmental purposes, within the Marine Strategies (MES) marked by the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) of the European Union (EU), specifically in the Directive 11 related with Underwater Noise. In addition, and among other specifications, it must include an external clock powered independently from the electronic circuit supply, allow the device's battery to be monitored by means of a Test Point and acquiring the audio signal by an ADC with two differential inputs and one differential audio output working at 24 bits. At the same time, the design will have several GPIO ports for the incorporation of new sensors or actuators that can be connected in a future scenario. The keys to the project will be the use of very low power electronic components, as well as the design and characterisation of the data storage system using data buses to connect the required uSD cards.

Las comunicaciones submarinas se realizan mediante módems acústicos. El grupo SARTI (Sistemas de Adquisición Remota y Tratamiento de la Información) dispone de dos módems de comunicación del fabricante EvoLogics que permiten el desarrollo y test de algoritmos de comunicación y posicionamiento. El proyecto consiste en la familiarización con dichos equipos y en el desarrollo de algoritmos que permitan implementar tareas de comunicación y posicionamiento bajo el agua. Las pruebas se realizan primeramente mediante el entorno de desarrollo virtual que el fabricante EvoLogics pone a disposición de sus clientes. La segunda fase, consiste en aplicar las herramientas desarrolladas sobre los equipos físicos. La fase final del proyecto consiste en la emulación de la señal generada por una etiqueta acústica mediante el módem y realizar su recepción. El desarrollo de los algoritmos ha sido mediante cálculo y simulación en Matlab. La creación del modelo matemático ha permitido la generación de gran cantidad de datos para su propia mejora. Se han aplicado técnicas inspiradas en el descenso del gradiente y el algoritmo de CORDIC. La precisión con la que trabaja el algoritmo es aún indeterminada pero alcanza una precisión del orden de metros en objetos con poca elevación respecto el receptor. Todos los cálculos y test han sido realizados en condiciones ideales excepto casos especiales. La señal simulada del tag acústico ha sido creada mediante un generador de señal programado para la ocasión, añadiendo la capacidad de codificar mensajes, tanto para Python como para Matlab. Submarine communications usually works using acoustic modems. SARTI’s group (Sistemas de Adquisición Remota y Tratamiento de la Información) has two communication modules from EvoLogics, that allows the development and testing of communication and positioning algorithms. The project consists in understand the performance of each device and develop communication and positioning algorithm underwater. First phase will be done using EvoLogics modules emulator. The second phase consist in apply developed tools with real hardware. Finally, I will emulate acoustic tag using modem as emitter and another one as a receiver. The algorithm has been developed by simulation and calculations in Matlab. The creation of mathematic model allow the generation of big data, that means the assurance of future improvements. Many techniques were applied, gradient descent, deep learning, CORDIC inspiration algorithm. The accuracy is indeterminate already, but, I have validate her accuracy with low elevation objects. Every calculation and test was done in ideal conditions, just one case was evaluated behind hard conditions. Acoustic signal of tag was generated by programming in Python and Matlab, adding the capability of codify messages.

[ES] Como bien indica unas de las características más importantes y nos concierne a la mayoría de nosotros dentro de la aplicación de la propagación acústica en el marco de la estrategia marina (MSFD), es que el medio marino es un patrimonio precioso que debe protegerse, preservarse y, cuando sea posible, restaurarse con el objetivo final de mantener la biodiversidad y proporcionar océanos y mares diversos y dinámicos que sean limpios, saludables y productivos. Este trabajo de final de grado trata sobre como afectan las diferentes características como la velocidad, la profundidad y el rango marino, a la hora de la propagación del sonido en el mar. Se analizan dos técnicas como la teoría de rayos y la ecuación de onda parabólica, las cuales se simularán mediante los programas Matlab y Bellhop, con datos reales para la posterior comparación, y así establecer las diferencias y similitudes de ambos métodos de cara a estudios o investigaciones posteriores., [EN] As it indicates some of the most important characteristics and concerns most of us within the application of acoustic propagation in the framework of the marine strategy (MSFD), it is that the marine environment is a precious heritage that must be protected, preserved and, when possible, be restored with the ultimate goal of maintaining biodiversity and providing diverse and dynamic oceans and seas that are clean, healthy and productive. This final degree project is about how different characteristics such as speed, depth and marine range affect the sound propagation at sea. Two techniques are analyzed such as the theory of rays and the parabolic wave equation, which will be simulated by Matlab and Bellhop programs, with real data for later comparison, and thus establish the differences and similarities of both methods for studies or subsequent investigations.

Tuna is a very popular fish in the feeding in almost the whole world and, in turn, several of its species are catalogued as threatened or in danger of extinction. Due to the shortage caused by overfishing, as well as to the increased costs associated with the fishing industry, arise the need to implement new techniques to increase and improve catches. Active acoustic methods are essential for detecting and identifying scatterers in water, such as fish shoals. Tunas belong to those who have a major economic value and the industry is specially interested in being able to detect them, and to distinguish the specie particularly, since the value changes significantly. For this, it is necessary an acoustic characterization of the different tissues of the tuna, as well as to know its density for finally establishing its specific acoustic impedance. Using non-destructive ultrasonic techniques will be determined the speed of sound propagation in the tissues of two very common fish species: skipjack tuna and mackerel. Likewise, using the Archimedes' principle will be determined the density in the tissues of the above specimens., El atún es un pescado muy popular en la alimentación en casi todo el mundo y, a su vez, varias de sus especies están catalogadas como amenazadas o en peligro de extinción. Debido a la escasez causada por la sobrepesca, así como al aumento de los costes relacionados con la industria pesquera, surge la necesidad de implementar nuevas técnicas para aumentar y mejorar las capturas. Los métodos acústicos activos son fundamentales para detectar e identificar los dispersores en el agua, como por ejemplo los bancos de peces. Los túnidos son de los que tienen un mayor valor económico y la industria del sector tiene especial interés tanto en ser capaz de detectarlos, como en distinguir la especie en particular, ya que el valor varía notablemente. Para ello es preciso caracterizar acústicamente los distintos tejidos de los túnidos, así como conocer su densidad para finalmente establecer su impedancia característica. Mediante técnicas ultrasónicas no destructivas se determinará la velocidad de propagación en los tejidos de dos especies de peces muy comunes: el atún listado y la caballa. Así mismo, mediante el principio de Arquímedes se determinará la densidad en los tejidos de dichos especímenes.

La investigación marina requiere cada día más información medioambiental, con mejores resoluciones temporales y series más largas. Los métodos tradicionales no son adecuados por ecosistemas marinos con dinámicas muy lentas, con la adquisición continúa de datos durante largos periodos, es posible detectar cambios climáticos a la vez que acontecimientos singulares. El OBSEA es un observatorio submarino anclado a unos 4 km de la costa de Vilanova i la Geltrú en la zona protegida de pesca, y a unos 20 metros de profundidad, provisto de un gran número de elementos para el registro y la medida de diferentes variables que puedan estar sujetas a posteriores estudios. Uno de estos elementos, es el hidrófono, un transductor de sonido a electricidad para ser usado bajo el agua. Lo que se pretende conseguir en este PFC, es cumplir una serie de objetivos relacionados con la señal registrada por el hidrófono mediante la programación con Labview. Primero, se establecerá comunicación con el hidrófono, para recibir los datos captados. Una vez hecho esto, se procederá al acondicionamiento de los datos recibidos. Finalmente, se monitorizarán diferentes magnitudes no captades directamente por el hidrófono, y se reproducirá el audio registrado.

The scientific echo sounder Simrad EK60 could be used for quantification of fisheries resources in marine science research campaigns. They use different frequency channels (from 18 to 200 KHz), emitted by underwater sound transducers with circular aperture geometries. Calibration is essential to obtain reliable values of Ts (Target Strength) and Sv (Volume Backscattering Coefficient) parameters, which are used to estimate fisheries stocks using echo volume integration. In this paper, manufacturer’s calibration method is presented, together a new proposal for the acquisition and post-processing of calibration data to obtain more accurate results. La ecosonda científica Simrad EK60 se utiliza para cuantificar los recursos pesqueros en campañas de investigación oceanográfica, utilizando diferentes canales de frecuencias (de 18 a 200KHz) mediante transductores acústicos de apertura con geometría circular. Su calibración resulta esencial para obtener los valores de Ts (‘target strength’) y Sv (‘Volume backscattering coefficient’), necesarios para estimar los tamaños de los stocks de las pesquerías mediante integración de los ecos. En este trabajo se presenta el método de calibración propuesto por el fabricante, así como una nueva propuesta de obtención y postproceso de datos que permite obtener calibraciones fiables

Sobre una especie protegida, como son las tortugas marinas, para comprobar el éxito de los protocolos de protección y estimar el estado de conservación, es necesaria la realización de censos. Actualmente se realizan extrapolando datos de capturas accidentales y/o mediante avistamientos aéreos con un bajo valor estadístico, alto coste económico, y limitándose a los ejemplares en superficie. Las herramientas de la acústica submarina han sido utilizadas para detectar, monitorizar y evaluar cardúmenes de peces y otras especies marinas. La respuesta acústica de un objeto depende fundamentalmente de su geometría y composición, aumentando con el contraste de impedancias con el medio que lo rodea, es decir, el agua. El mayor contraste con el agua lo da el aire, por lo que las señales más intensas provienen de medios que lo contienen (peces con vejiga natatoria [1], cetáceos [2]). La presencia de pulmones en tortugas, hace suponer que su respuesta acústica sea identificable. Existen muy pocos trabajos sobre ello, y los que hay, no la cuantifican, siendo la finalidad del trabajo obtener la primera medida cuantitativa registrada y documentada de la respuesta acústica de una tortuga en libertad, primer paso para la identificación y evaluación de población de tortugas con herramientas acústicas., In order to check the success of protection protocols and estimate the condition of protected species such as sea turtles, censuses are necessary to be done. Nowadays, the censuses have been performed by extrapolating from bycatch and / or by aerial sightings with low statistical, hgh cost, limited to the specimen in the surface. Tools underwater acoustics have been used to detect, monitor and evaluate schools and other marine species. The acoustic return of an object depends primarily on the geometry and composition which increases with impedance contrast with the surrounding medium, in this case, water. The greatest contrast with the water is given by the air, so that the strongest signals come from media containing it (fish with swim bladder [1], cetaceans [2]). The presence of lungs in turtles, suggests that the acoustic response is identifiable. There are very few studies about this and it has not been quantified yet. Therefore the purpose of this study is to obtain the first recorded and documented quantitative measurement of the acoustic response of turtles in their natural habitate to distinguish them from other signals and to estimate the population with acoustic tools.

PACS. 43.30.Cq, [EN] By very shallow waters, app, is meant that part of the sea closer to shore. They are a part of the shallow waters region. The app limits most of the human activity in relation with the sea: industries, arid extraction, transport, civil engineering, sports, tourism, fishing, fish factories, archaeology, etc.., so the app, has become one important environment and its control is necessary. Under an acoustic point of view the app zone shows an important variability, of those parameters intervening in the acoustic propagation. This paper presents an operative definition of very shallow waters and analyzes the parameters involved, specifically how significant are, how they vary, and the steps to make their evaluation., [ES] La zona definida como aguas muy poco profundas, 'app', es una parte del mar incluida en las aguas poco profundas. Las app, se han convertido en entornos muy importantes en la actividad humana: industrias, áridos, transporte, ingeniería civil, deporte, turismo, pesca, piscifactorías, arqueología, etc.., y su control es cada vez más necesario. Bajo el punto de vista acústico es una zona de gran variabilidad en los parámetros que intervienen en la propagación acústica. El trabajo que se presenta, propone una definición de app, de tipo operativo, y analiza qué parámetros intervienen y cómo varían y de que manera algunas de estas variaciones se puede valorar.

6 pages, 4 figures.-- Comunicación presentada en: XXXV Congreso Español de Acústica – TecniAcústica 2004, IV Congreso Iberoamericano de Acústica, IV Congreso Ibérico de Acústica y EAA Symposium "Environmental and Architectural Acoustics" (Guimaraes, 14-17 Sep 2004)., [EN] Acoustically shallow waters are those where the characteristics of the surface and the bottom, influence the final receiving acoustic field. Shallow waters form a sound channel in which the sound becomes trapped. A Peckeris environment comes defined by two parallel surfaces, both the surface and the bottom of the sea, the depth remains constant all around, as well as the sound speed. This paper shows how the sound field modifies when the sea state influence is considered. The receiving point is located at “r” meters from the surface, and the source radiates at a depth of “h-z0” meters. Geographically the shallow water matches many continental shelf zones (parallel to the coast line) and also inner water zones (bays, harbours, estuaries, etc,..); the depth of those waters, for sonar applications, can be established in 300 meters or less., [ES] Aguas poco profundas (acústicamente) son aquellas en las que las características de la superficie y del fondo son determinantes del campo acústico final en el punto de recepción. Las aguas poco profundas forman un canal sonoro entre superficie y fondo en el que el sonido queda atrapado. Un entorno Peckeris viene definido por dos superficies paralelas: fondo marino y superficie libre, en el que la profundidad es constante y la traza baty presenta una velocidad que también lo es. Este trabajo presenta cómo se modifica el campo acústico recibido, a un alcance “r”, y generado por una fuente a profundidad “h-z0”, cuando se introduce la influencia del oleaje, o si se quiere la altura media de la ola presenta en la zona. Bajo un punto de vista geográfico, las aguas poco profundas coinciden con la plataforma continental o zonas de aguas interiores (bahías, puertos, estuarios, etc.); las profundidades de estas aguas, para los sistemas sonar habituales, pueden situarse en aquellas inferiores a 300 m.

El objetivo de este trabajo es estudiar el efecto que tiene el material de una esfera elástica sumergida en agua en el nivel de retrodifusión que produce cuando está en resonancia. En dicho estudio juegan un papel importante tanto el nivel de blanco a la frecuencia de resonancia como el ancho de banda de la resonancia. La aplicación de este trabajo va encaminada a mejorar la detección acústica mediante técnicas sonar de las redes de pesca pelágicas en aguas poco profundas. Los márgenes de frecuencia de interés práctico que se han abordado se centran en valores de ka comprendidos entre 1 y 10, donde k es el número de onda en el agua y a el radio de la esfera.

PACS: 43.30.Xm; 43.30.Yj; 43.30.Vh; 43.30.Nb; 43.30.Ma.-- Publicado en el Vol. XXXI, núm. 3-4, tercer y cuarto trimestre 2000 de la Revista de Acústica: Número especial dedicado al XXV Aniversario del Instituto de Acústica del C.S.I.C., [ES] La Acústica Submarina fue una de las líneas de la Acústica que se desarrollan en el Instituto desde los primeros tiempos. Este trabajo describe como se inició, cómo se desarrolló y el estado actual de este campo., [EN] Underwater Acoustics was one line of Acoustics first developped at the Instituto de Acústica. This paper presents a description of the activities in the underwater field, done since 1969, when the Underwater Tank was installed, up to the present times.

It has been carried out a study of the acoustic resonance backscattering produced by a hollow elastic sphere submerged in water. It has been studied the effect produced by the material and by the thickness of the hollow sphere, on the maximum target strength reached at the resonance frequency. Also the effect produced on the bandwidth of the resonance frequency has been evaluated. The principal application of this work is to develop a target, easily detectable by its very high target strength. It is of main interest to work at the usual frequency band of the echosounders and fishering sonar.