Estudo experimental da comunicação acústica subaquática em ambiente confinado com ESP32

Abstract

A comunicação acústica subaquática, antes restrita a aplicações militares e industriais de grande porte, vem se expandindo para demandas civis, evidenciando a necessidade de soluções mais acessíveis, compactas e integráveis. Nesse contexto, propõe-se e avalia-se experimentalmente um protótipo de modem acústico subaquático com ESP32 e ESP32-S3, baseado em modulação M-FSK, transmissão ultrassônica e recepção por subamostragem. A metodologia experimental envolve a caracterização do conjunto transmissor-canal-receptor, a análise da resposta em frequência, a seleção das frequências de operação, a observação da reverberação e a validação preliminar da recuperação de símbolos. Os ensaios realizados em ambientes aquáticos controlados demonstram a viabilidade preliminar da arquitetura proposta para comunicação acústica em curta distância. Entretanto, os resultados também evidenciam limitações relevantes, como variações nas características elétricas dos transdutores, sensibilidade ao posicionamento, resposta espectral irregular e interferência intersimbólica causada pela reverberação. Dessa forma, o trabalho contribui para o estudo experimental de modems acústicos subaquáticos acessíveis, fornecendo uma base metodológica para futuras melhorias em hardware, processamento digital e validação em ambientes de maior escala.

Underwater acoustic communication, once largely restricted to military and large-scale industrial applications, is increasingly expanding toward civilian demands, highlighting the need for more accessible, compact, and easily integrable solutions. In this context, an underwater acoustic modem prototype based on ESP32 and ESP32-S3 is proposed and experimentally evaluated, employing M-FSK modulation, ultrasonic transmission, and undersampling-based reception. The experimental methodology involves the characterization of the transmitter-channel-receiver system, frequency-response analysis, selection of operating frequencies, observation of reverberation effects, and preliminary validation of symbol recovery. Tests conducted in controlled aquatic environments demonstrate the preliminary feasibility of the proposed architecture for short-range acoustic communication. However, the results also reveal relevant limitations, including variations in the electrical characteristics of the transducers, sensitivity to positioning, irregular spectral response, and intersymbol interference caused by reverberation. Thus, this work contributes to the experimental study of accessible underwater acoustic modems, providing a methodological basis for future improvements in hardware, digital signal processing, and validation in larger-scale environments.