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互操作性问题不仅波及基础时代
发布日期:2022-04-24 12:51    点击次数:105

互操作性问题不仅波及基础时代

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图片开首@视觉中国

文|Guub1992

《数字海洋与水下攻防》刊载范围主要包括:贤慧海洋、海洋环境、海洋信息、海洋大数据、水下攻防体系、水下告诫探伤、水下信息汇注与指引禁止、水下智能起义、水中刀兵及无人装备等。系《中国粹术期刊轮廓评价数据库》统计开首期刊、《万方数据——数字化期刊群》收录期刊、《中国中枢期刊(彩选)数据库》收录期刊,被《中国期刊全文数据库(CJFD)》、超星期刊域出书平台全文收录。

众人评述:本文说合了多种水下装备的互联互通对水下通讯的条目,以及北约里面的水下通讯分享问题,相比了水声通讯、电磁通讯与光通讯在水下汇注通讯中的优瑕玷和适用场景,指出未来声-光组合通讯在水下隐蔽通讯方面具有宏大后劲。该文对我国水下通讯组网有一定的参考价值。

在本文中,英国Sonardyne公司的国防把持Ioseba Tena和首席科学家Jonathan Davies说合了衔接水下通讯的趋势、以及合作和互操作性对舟师通讯政策的真谛。

友邦舟师有不同的谈话、传统、舰艇和政策,但要是他们分享疏导的时代,那些由蛙人、自主水下飞行器(AUV)和潜艇构成的舰队也有可能分享谍报和数据。

01 水下通讯时代近况

在已往的20年里,商用现货(COTS)时代的基础已逐渐壮大,使得在恶劣水下环境中的水下通讯、导航和追踪得以达成,这在很猛进度上是受到海洋市集(包括石油和自然气勘察、海上工程和可再生能源)的非国防需求的驱动。

在通常的时期框架内,英国皇家舟师(Royal Navy,RN)和宇宙其他国度的舟师也曾越来越意志到水上和水下安全通讯日益增长的需乞降进犯性,看成当代化、更敏捷、使用更各样化以及互操作性更强的海上力量的一部分,它们能有助于产生更大的军事遵守。

诈欺和校正民用COTS水下通讯时代,以兴隆在性能、安全性和互操作性方面的特定军事需求,仍然是一个特地有价值的挑战。部分是因为国防需求,贸易水下时代市集已做出了反应,如继承多物理场载体(声/光/电磁),因此有可能出现赞助隐蔽钞票的更复杂的通讯处理决策,但离实用还有很长的路要走。

列国舟师需要在水下相互通讯,并像在陆地上一样浅薄。由于海洋的特质,敌手很容易荫藏,这意味着诈欺时代进行探伤和安全防护是谍报和监视任务的关节。2020年5月,北约通讯和信息局(NATO’s Communications and Information Agency,NCI)高兴为海上行动提供卫星通讯的安全接入,并更新舰艇上的密码斥地。这种左券标明通讯相助是头等大事,要在不同厂家的平台和表情上齐全达成这少量,互操作性和绽放标准是关节。

以RN的“狠恶”(Astute)级潜艇为例,战术水下通讯时代的潜在作用是提高任务遵守,越过各式不同的脚色:从具有特定战术和作战需求的“独狼”航母打击群救援和特种戎行作战等传统脚色,到包括对舷外自主传感器和AUV进行更紧密的协结伴禁止在内的各式新脚色。

02 AUV——舟师的需乞降面前的局限性

AUV本人相对容易使用和监控,但在水下一定深处通讯时,水面通讯常用的无线电和视频等通讯时代在只是几米后就变得无谓了。改动旨趣和时代咫尺紧紧驾驭在时代众人和物理学家手中,他们将提供包括声、光在内的时代处理决策,这些旨在将通讯栽植到一个新水平的时代仍在迅猛发展中,而安全仍是第一位的。

为瓦解这少量,可推敲水下时代的应用。在一次单独任务中,RN的AUV可能需要离开视野数小时,偶然以致几天,AUV操作家但愿澄莹一切都职责在最好情景下,他们将依赖于陆续的监控和依期的情景更新。当一艘AUV在进行勘测时,舟师可能但愿在这个探索任务时代分派给它一项任务,举例拍摄一个所宣战方针或位置的相片,因此与AUV通讯是十分进犯的。水下钞票种类开阔,从大型潜艇平台到位于海床上的低功率自主传感器,这些不同的钞票不错做什么?它们领有什么传感器?它们奈何通讯?在这些方面,有盛大的需乞降驱能源,存在很大挑战。他们不可都在疏导的频率上同期进行通讯。那么奈何让系数这些不同的舟师系统相互交流呢?

03 JANUS是第1个处理决策

“海洋考虑和践诺中心”(Centre for Maritime Research and Experimentation,CMRE)2017年为北约研发的“两面神”(JANUS)通讯系统是一个很好的首先,但它只具有中等数据率,枯竭基础传输安全(Transmission Security,TRANSEC)层,与JANUS左券相关的支出相对较大,这意味着平台要在水中放射更多的能量,这就加多了反探伤和戒备信息露出的难度,因此它看成一种战术水声通讯处理决策是否有更鄙俚的作用尚无定论。继承JANUS看成“初次宣战”的握手左券,随后按特定国度的波形和左券进行切换,是一个可能的发展标的。这是为了在基本的多国互操作性需乞降更鄙俚的、特定国度的战术通讯需求之间得回均衡。自然,JANUS的使用并不排斥在盟友和伙伴之间分享主权波形(sovereign waveforms),因为这些是过程了长久发展和考据的。

尽管水声通讯濒临多方面的时代挑战,但它已被讲授是训导的,互操作性问题不仅波及基础时代,也波及到工业界-大学-政府机构在国度和海外层面奈何合作,以处理传输安全性、多用户汇注和态势感知等水下军事通讯规模的具体挑战。

图1 无人值守自主水下传感器曾做生意用

04 对绽放标准的需求

列国舟师正在寻找唐突更猛进度弘扬自主系统作用的任务,这意味着时代供应商正在尝试各式主张,并开发具有各式不同材干的机器人。咫尺,要是但愿系数这些机器人一齐职责,客户将需要从特定供应商那处选拔调制解调器和特定的谈话。可是,要是想使它们信得过灵验,就需要开发出一种通用谈话,这种谈话不会将用户锁定在一家特定供应商上。在此之前,列国舟师将无法达成潜艇、蛙人和AUVs之间的互操作。

05 Phorcys——英国的绽放和安全的声学波形

推敲到英国国防未来对全谱战术水声通讯的需求,以及JANUS在兴隆这些需求方面的局限性,英国国防科学与时代践诺室(Defence Science and Technology Laboratory,DSTL)与英国工业伙伴及国度汇注安全中心(National Cyber Security Centre,NCSC)合作, 正在开发一种英国政府领有的水声通讯波形,以支吾绽放、安全、互操作的战术水声通讯的挑战。

Phorcys已被开发为一种绽放、安全的波形,唐突使英国水下平台和斥地灵验、安全地通讯。 英国政府领有的Phorcys波形可与其他盟友和国度分享,以提高互操作性。

Phorcys使用加密密钥为波形和数据提供2层寥寂的加密,因此险些不可能被破译。Phorcys的波形将允许Phorcys斥地供应商认证斥地,从而提供信得过安全和可互操作的水声通讯家具。

06 处理距离-数据率-模范的挑战

咫尺莫得单一的职责频率唐突兴隆战术水声通讯中多种各样的用户需求。声波频率决定了传播距离,较低的频率可达成较远的传播距离,用于产生波形的水声换能器的模范与频率成反比,这意味着低频系统更大、更重。Phorcys波形标准越过3个频段,提供了一个可供量度的处理决策选拔空间:良友——零散15海里,用于指引禁止(C2),即钞票“招呼”(paging);中程——最多15海里,用于指引禁止和通讯(C3);近程——最多3海里,用于C3。

关于这种多波段水声通讯方法,一个关节事实是,斥地的模范、分量和复杂性是由声学换能器而不是由肃肃生成和继承声信号的软件或硬件所决定的。因此,多波段战术水声通讯不错由一个团结的软件界说调制解调器(Software-Defined Modem,SDM)体紧缚构提供工作,可分手为每个波段和换能器配置软件,软件可在不同的硬件平台上开动。

绽放、安全的波形与纯果真SDM架构的集成,可被合计是弘扬未来军事水声通讯后劲的关节一步。

07 其它潜在时代

有3种潜在的水下通讯样式:水声通讯、电磁通讯和光学通讯。每种时代都各有优劣,但水声通讯是咫尺惟一唐突零散1公里距离的通讯时代,凭证不同的职责频率,有可能零散几十公里。

通过机械共振安装向水中发声的骨子意味着,尽管在很长距离内进行水声通讯是可能的,但零散50公里距离后水声带宽受限,这限制了数据率,并可能影响使用扩频信号筹备时代将声信号荫藏在配景噪声门限以下的材干。

关于隐蔽的有人水下平台而言,首选的职责样式老是保持被迫情景,轻便的声学传输是裁汰被探伤风险的关节。关于在前列拒止海域隐蔽作战的AUV平台而言,举例增强传统平台的传感器材干的AUVs,也需推敲访佛的问题,尽管这类分散式传感器钞票所提供的战术图像可能比露馅更进犯。

水下低频电磁波在水下通讯时代中占有一个相对小而矛盾的地位。自然甚低频(VLF)无线电时代已很训导,是潜艇C3基础法度的关节部分,但由于该时代提供的性能包络相对受限,水下电磁波看成一种短程战术承载时代还莫得鄙俚成就或训导。

水下电磁波提供了短程(数米到数十米)、中高数据率(每秒几十比特到几十千比特)、低蔓延的性能包络,最终受到传导介质中电磁传播物理特质的限制。 该项时代骨子上是隐蔽的,但最终传播距离受限。

08 水下信号传输方法的相比

09 未来的时代

未来可能继承光通讯和声光组合通讯样式,更具体地说,是目田空间光调制解调器与水声通讯调制解调器集成,以诈欺这两种时代的协同效益。通讯距离将由声学提供,光学调制解调器将提供更大的带宽。

这也曾超出了主张阶段。在光通讯中,系统发出调制光,以节略75%的光速传输数据。要是舟师想要在相距10~150米的钞票(潜艇或AUV)之间传输信息,就不错继承光通讯样式,因为在仅150米距离范围内,露馅于党羽面前的契机是十分有限的。

该斥地仍然不是隐蔽的,因为它到处都在放射可见光,经常是蓝光和绿光,但通过在较短距离内使用光学调制解调器,风险被降到了最低。水声既提供定位技巧,也提供成就地方和与其它光学调制解调器系统进行良友通讯的技巧。

此外,也可使用不可见的紫外光,与组合式声-光职责主张相勾通明,在达成水下隐蔽通讯方面具有宏大后劲。 国防时代众人正在为新的AUV主张而激情这一规模。

图2 萨博公司(Saab)在美国宇航局的中性浮力践诺室演示声光通讯时代

10 绽放标准是必须的

RN正在加多对无人系统的投资,并寻找将在更大距离内隐蔽传输数据的更先进的应用标的。AUVs需要更强的材干来分享用于安全、监视和海外通讯的更紧密的数据。推敲到现存系统的局限性,明显需要一个安全的绽放标准,因此,水下隐蔽通讯市集正在约束发展以兴隆这些需求。专利处理决策总有一隅之地,但惟有为更好地集成自主飞行器而继承绽放标准,才能信得过达成水下互操作性。

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