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有大宗的需乞降驱能源
发布日期:2022-04-24 12:26    点击次数:191

有大宗的需乞降驱能源

图片起原@视觉中国

文|Guub1992

《数字海洋与水下攻防》刊载边界主要包括:灵巧海洋、海洋环境、海洋信息、海洋大数据、水下攻防体系、水下警戒探伤、水下信息收罗与指点抑制、水下智能回击、水中武器及无人装备等。系《中国粹术期刊概括评价数据库》统计起原期刊、《万方数据——数字化期刊群》收录期刊、《中国中枢期刊(遴择)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。

内行驳斥:本文盘考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,比拟了水声通讯、电磁通讯与光通讯在水下收罗通讯中的优短处和适用场景,指出明天声-光组合通讯在水下掩蔽通讯方面具有弘大后劲。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公司的国防驾御Ioseba Tena和首席科学家Jonathan Davies盘考了聚积水下通讯的趋势、以及合作和互操作性对舟师通讯策略的真理。

友邦舟师有不同的谈话、传统、舰艇和策略,但淌若他们分享交流的时刻,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 水下通讯时刻近况

在曩昔的20年里,商用现货(COTS)时刻的基础已冉冉壮大,使得在恶劣水下环境中的水下通讯、导航和追踪得以齐备,这在很猛进程上是受到海洋市集(包括石油和自然气勘测、海上工程和可再生能源)的非国防需求的驱动。

在雷同的时期框架内,英国皇家舟师(Royal Navy,RN)和天下其他国度的舟师仍是越来越相识到水上和水下安全通讯日益增长的需乞降蹙迫性,看成当代化、更敏捷、使用更千般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效用。

行使和修订民用COTS水下通讯时刻,以恬逸在性能、安全性和互操作性方面的特定军事需求,仍然是一个止境有价值的挑战。部分是因为国防需求,买卖水下时刻市集已做出了反应,如取舍多物理场载体(声/光/电磁),因此有可能出现救援掩蔽钞票的更复杂的通讯责罚有蓄意,但离实用还有很长的路要走。

列国舟师需要在水下互相通讯,并像在陆地上一样绵薄。由于海洋的特点,敌手很容易掩蔽,这意味着行使时刻进行探伤和安全驻防是谍报和监视任务的舛误。2020年5月,北约通讯和信息局(NATO’s Communications and Information Agency,NCI)高兴为海上行径提供卫星通讯的安全接入,并更新舰艇上的密码拓荒。这种公约标明通讯互助是头等大事,要在不同厂家的平台和局面上完划一备这少许,互操作性和绽开步伐是舛误。

以RN的“狠恶”(Astute)级潜艇为例,战术水下通讯时刻的潜在作用是提高任务效用,逾越各式不同的变装:从具有特定战术和作战需求的“独狼”航母打击群支援和特种队列作战等传统变装,到包括对舷外自主传感器和AUV进行更紧密的调和处抑制在内的各式新变装。

02 AUV——舟师的需乞降刻下的局限性

AUV自己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刻在只是几米后就变得无谓了。翻新旨趣和时刻当今紧紧足下在时刻内行和物理学家手中,他们将提供包括声、光在内的时刻责罚有蓄意,这些旨在将通讯进步到一个新水平的时刻仍在迅猛发展中,而安全仍是第一位的。

为理解这少许,可接洽水下时刻的应用。在一次单独任务中,RN的AUV可能需要离开视野数小时,偶而致使几天,AUV操作家但愿清楚一切都责任在最好气象下,他们将依赖于连接的监控和如期的气象更新。当一艘AUV在进行勘测时,舟师可能但愿在这个探索任务时间分拨给它一项任务,举例拍摄一个所战斗目标或位置的像片,因此与AUV通讯是十分蹙迫的。水下钞票种类茁壮,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?它们怎么通讯?在这些方面,有大宗的需乞降驱能源,存在很大挑战。他们不成都在交流的频率上同期进行通讯。那么怎么让通盘这些不同的舟师系统互相交流呢?

03 JANUS是第1个责罚有蓄意

“海洋研究和践诺中心”(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,缺乏基础传输安全(Transmission Security,TRANSEC)层,与JANUS公约议论的支拨相对较大,这意味着平台要在水中辐射更多的能量,这就加多了反探伤和注重信息露馅的难度,因此它看成一种战术水声通讯责罚有蓄意是否有更等闲的作用尚无定论。取舍JANUS看成“初度战斗”的握手公约,随后按特定国度的波形和公约进行切换,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等闲的、特定国度的战术通讯需求之间获取均衡。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),因为这些是进程了恒久发展和考证的。

尽管水声通讯面对多方面的时刻挑战,但它已被诠释是熟练的,互操作性问题不仅触及基础时刻,也触及到工业界-大学-政府机构在国度和海外层面怎么合作,以责罚传输安全性、多用户收罗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仍是商用

04 对绽开步伐的需求

列国舟师正在寻找概况更猛进程进展自主系统作用的任务,这意味着时刻供应商正在尝试各式意见,并开发具有各式不同才气的机器人。当今,淌若但愿通盘这些机器人一路责任,客户将需要从特定供应商那边取舍调制解调器和特定的谈话。可是,淌若想使它们确切有用,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,列国舟师将无法齐备潜艇、蛙人和AUVs之间的互操作。

05 Phorcys——英国的绽开和安全的声学波形

接洽到英国国防明天对全谱战术水声通讯的需求,以及JANUS在恬逸这些需求方面的局限性,英国国防科学与时刻践诺室(Defence Science and Technology Laboratory,DSTL)与英国工业伙伴及国度收罗安全中心(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,以应答绽开、安全、互操作的战术水声通讯的挑战。

Phorcys已被开发为一种绽开、安全的波形,概况使英国水下平台和拓荒有用、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层孤独的加密,因此险些不可能被破译。Phorcys的波形将允许Phorcys拓荒供应商认证拓荒,从而提供确切安全和可互操作的水声通讯居品。

06 责罚距离-数据率-表率的挑战

面前莫得单一的责任频率概况恬逸战术水声通讯中多种千般的用户需求。声波频率决定了传播距离,较低的频率可齐备较远的传播距离,用于产生波形的水声换能器的表率与频率成反比,这意味着低频系统更大、更重。Phorcys波形步伐逾越3个频段,提供了一个可供衡量的责罚有蓄意取舍空间:辛劳——卓绝15海里,用于指点抑制(C2),即钞票“呼唤”(paging);中程——最多15海里,用于指点抑制和通讯(C3);近程——最多3海里,用于C3。

关于这种多波段水声通讯形态,一个舛误事实是,拓荒的表率、分量和复杂性是由声学换能器而不是由崇敬生成和汲取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归并的软件界说调制解调器(Software-Defined Modem,SDM)体系缚构提供劳动,可辞别为每个波段和换能器设立软件,软件可在不同的硬件平台上初始。

绽开、安全的波形与天确凿SDM架构的集成,可被以为是进展明天军事水声通讯后劲的舛误一步。

07 其它潜在时刻

有3种潜在的水下通讯样子:水声通讯、电磁通讯和光学通讯。每种时刻都各有优劣,但水声通讯是面前惟一概况卓绝1公里距离的通讯时刻,凭证不同的责任频率,有可能卓绝几十公里。

通过机械共振安装向水中发声的本色意味着,尽管在很长距离内进行水声通讯是可能的,但卓绝50公里距离后水声带宽受限,这限度了数据率,并可能影响使用扩频信号想象时刻将声信号掩蔽在布景噪声门限以下的才气。

关于掩蔽的有人水下平台而言,首选的责任样子老是保持被迫气象,苟简的声学传输是裁减被探伤风险的舛误。关于在前线拒止海域掩蔽作战的AUV平台而言,举例增强传统平台的传感器才气的AUVs,也需接洽肖似的问题,尽管这类散播式传感器钞票所提供的战术图像可能比知道更蹙迫。

水下低频电磁波在水下通讯时刻中占有一个相对小而矛盾的地位。诚然甚低频(VLF)无线电时刻已很熟练,是潜艇C3基础舛误的舛误部分,但由于该时刻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刻还莫得等闲成立或熟练。

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)、低延长的性能包络,最终受到传导介质中电磁传播物理特点的限度。 该项时刻本色上是掩蔽的,但最终传播距离受限。

08 水下信号传输形态的比拟

09 明天的时刻

明天可能取舍光通讯和声光组合通讯样子,更具体地说,是解放空间光调制解调器与水声通讯调制解调器集成,以行使这两种时刻的协同效益。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。

这仍是超出了意见阶段。在光通讯中,系统发出调制光,以节略75%的光速传输数据。淌若舟师想要在相距10~150米的钞票(潜艇或AUV)之间传输信息,就不错取舍光通讯样子,因为在仅150米距离边界内,知道于怨家面前的契机是十分有限的。

该拓荒仍然不是掩蔽的,因为它到处都在辐射可见光,时常是蓝光和绿光,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。水声既提供定位妙技,也提供成立地点和与其它光学调制解调器系统进行辛劳通讯的妙技。

此外,也可使用不可见的紫外光,与组合式声-光责任意见相团结后,在齐备水下掩蔽通讯方面具有弘大后劲。 国防时刻内行正在为新的AUV意见而顾问这一规模。

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刻

10 绽开步伐是必须的

RN正在加多对无人系统的投资,并寻找将在更大距离内掩蔽传输数据的更先进的应用标的。AUVs需要更强的才气来分享用于安全、监视和海外通讯的更邃密的数据。接洽到现存系统的局限性,显着需要一个安全的绽开步伐,因此,水下掩蔽通讯市集正在不断发展以恬逸这些需求。专利责罚有蓄意总有一隅之地,但惟有为更好地集成自主飞行器而取舍绽开步伐,才能确切齐备水下互操作性。

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