Unheard Underwater: скрытые коммуникации

Депрессор Сонаридны BlueComm в воде в Альдабре, во время миссии Первого спуска Нектон. Фото: Nekton Oxford Deep Ocean Research Institute.

Одно из подразделений Сонаридны BlueComm, прикрепленное к одному из подводных аппаратов миссии Nekton. Фото: Nekton Oxford Deep Ocean Research Institute.

Беспилотный надводный корабль L3ASV C-Worker и ALR Национального океанографического центра, работающие вместе в недавних испытаниях, демонстрирующих акустическую и оптическую связь. Фото: Сонардайн

Анна Боттинг из Sky News, показанная в прямом эфире по телевидению, использует BlueComm 200 UV для беспроводной связи под водой. Изображение все еще из прямой трансляции Sky News. Фото: Сонардайн

Во время миссии Nekton две пилотируемые подводные лодки были оснащены BlueComms для передачи живого видео на поверхность, а затем для мировой аудитории. Изображение все еще из прямой трансляции Sky News. Фото: Сонардайн

Previous Next

Технология, которая помогла достигнуть первых мировых результатов в радиовещании, посвященном исследованию океана, могла бы также дать ответ на секретные операции в области обороны, где связь должна остаться незамеченной.

Традиционно для беспроводной подводной связи используются акустические сигналы. Звук практичен, потому что он распространяется дальше по воде, чем электромагнитные волны. Используя звук, информация может быть передана на многие километры. К сожалению, также довольно легко услышать эти звуки и нацелить источник, используя пассивные датчики; в том числе за пределами фактического диапазона, в котором сигналы эффективны. В течение нескольких лет была разработана новая технология, которая обеспечивает значительную скорость передачи данных до 10 Мбит / с на расстояниях до 150 м с использованием оптики в свободном пространстве для модуляции сигналов. Поскольку эффективная дальность связи короче, эффективная частота обнаружения также короче - прослушивание не так просто.

Акустика связи
Использование акустики широко распространено при беспроводной связи под водой, и, вероятно, так оно и останется. Физика распространения звука в воде хорошо понятна. Инструменты как для связи, так и для отслеживания других акустических маяков являются обычным явлением. Фактически, низкочастотные и среднечастотные акустические системы могут использоваться для эффективной связи под водой в широких диапазонах. Sonardyne недавно продемонстрировал скорость передачи данных до 3000 бит / с на дальности 11 км. Однако те же причины, которые делают звук таким эффективным средством переноса данных через воду, также делают его восприимчивым к помехам и обнаружению. Звуковым сигналам можно мешать, просто посылая другие звуковые сигналы на той же частоте в одно и то же время. Просто увеличьте амплитуду ваших помех, и получателю станет трудно разобрать интересующий сигнал. Ориентация на источник звука - простая тригонометрия. Прослушать сообщения не так просто, так как необходимо понять способ модуляции и, возможно, сжатия данных. Тем не менее, использование звука может поставить пользователя в компромиссное положение. В результате, когда скрытность является основным требованием для подводной миссии, связь не была вариантом.

Одно из подразделений Сонаридны BlueComm, прикрепленное к одному из подводных аппаратов миссии Nekton. Фото: Nekton Oxford Deep Ocean Research Institute.

Оптические модемы в свободном пространстве
Подводные электромагнитные волны не были успешными, поскольку они быстро затухают, а их эффективные дальности связи в относительном выражении очень короткие. Эта ситуация изменилась, поскольку новые оптические модемы в свободном пространстве расширяют диапазоны и объем данных, которые могут передаваться дальше.

BlueComm 200 от Sonardyne - хороший пример. Он использует видимый синий свет, потому что на этой длине волны (450 нм) свет проходит дальше всего через воду. Большая часть синего света может распространяться на расстояние до 150 м, и нередко обнаруживается небольшое количество синего света, испускаемого солнцем, даже на глубине от 300 до 1000 м за пределами эвфотической зоны! Используя синий свет, мы можем передавать намного больше данных, чем это возможно с помощью акустики. BlueComm 200 может поддерживать скорость передачи данных до 10 Мбит / с. Этого достаточно для передачи HD-видео в режиме реального времени. Модемы BlueComm 200 представляют реальный интерес для поддержки программ подводных автономных подводных аппаратов (AUV) в глубоководных районах - где мы можем маневрировать AUV вокруг полусферической формы с максимальной дальностью 150 м! Это много расстояния.

На мелководье их использование ограничено помехами от солнечного света (который, как мы видели, может пробиться даже на глубину до 1000 м). Помехи от других источников света ограничивают рабочий диапазон модема. Оптические модемы в свободном пространстве также не настолько скрыты, они работают в спектре видимого света и, следовательно, видны невооруженным глазом.

ультрафиолетовый
Мы поставили перед собой задачу решить проблему помех. Если бы мы работали вне спектра видимого света, чтобы избежать помех от искусственного освещения, какая длина волны была бы лучшим выбором? Центральная длина волны 405 нм была хорошим компромиссом, содержащим ультрафиолет (УФ) и некоторое видимое фиолетовое излучение, так появился BlueComm 200 UV. Мы должны были пойти на уступки. Это было фактически уменьшено вдвое, до 75м. Взамен мы получили два преимущества. Во-первых, мы не будем страдать от искусственного освещения. Это означает, что мы можем работать одновременно при съемке видео или в присутствии других источников света. Во-вторых, мы могли бы работать ближе к поверхности и меньше страдать от солнечного света. Это связано с тем, что ультрафиолетовый свет, излучаемый солнцем, не так эффективен, как синий свет при путешествии через воду. Тем временем мы поддерживали частоту обновления до 10 Мбит / с. А когда вы делаете шаг назад, форма, почти напоминающая полушарие с максимальным диапазоном 75 м, в котором вы можете работать и поддерживать скорость до 10 Мбит / с, имеет значительный размер и способна поддерживать широкий ряд концепций операций. Одним из которых является тайное общение.
BlueComm 200 UV может использоваться для поддержки скрытой связи AUV на соответствующих аванпостах вдоль морского дна. Фото: Sonardyne Скрытые коммуникации
Поскольку BlueComm 200 UV может распространяться до 75 м, это означает, что при работе на глубинах ниже 75 м мы можем общаться и оставаться незамеченными для любого, кто наблюдает с поверхности моря. На самом деле, для кого-то, кто находится в пределах 75 м от нашего BlueComm 200 UV, очень вероятно, что он будет действовать на интеллект, то есть, что кто-то будет находиться в пределах досягаемости, потому что он знает, где нас найти в первое место. Даже при работе ближе к поверхности ограниченная дальность действия BlueComm 200 UV, если смотреть из космоса, очень похожа на иглу в стоге сена. Это означает, что теперь мы можем общаться под водой и оставаться в тайне. Это отличная новость для подводников нового поколения и новых концепций беспилотных подводных аппаратов (UUV).

Беспилотные транспортные средства как мультипликатор силы для подводных лодок не новая идея. В 1997 году Национальный исследовательский совет опубликовал том 6 «Технологии для ВМС США и морской пехоты, 2000–2035 годы». В этом документе авторы подробно описывают, как системы AUV / UUV будут использоваться для поддержки операций, и указывают на безопасные каналы связи в качестве требования для реализации этого видения. BlueComm 200 UV может предоставить эту ссылку безопасно и скрытно.

С BlueComm 200 UV очень большие платформы для беспилотных подводных аппаратов (XLUUV) смогут работать и взаимодействовать с другими транспортными средствами или с наземными станциями в местах удушья, помогая отслеживать, обнаруживать и предотвращать вторжения посторонних агентов, оставаясь при этом скрытыми.

Практические примеры
Это не все о скрытности, недавно мы достигли совершенно противоположного. Технология была в поле, используется для достижения первого в мире. Работая с Фондом «Нектон»: Associated Press, а затем «Sky News», осуществили прямую трансляцию с помощью подводного аппарата с экипажем без проводов на судно, а затем в миллионы домов с помощью нашего оптического модема в свободном пространстве. Фонд Nekton был создан, чтобы помочь изменить наши знания и понимание мировых океанов и ускорить защиту и управление этой последней великой пустыней, глубоким океаном. Их инициатива «Первый спуск» включала серию экспедиций с использованием двух пилотируемых подводных лодок в Индийском океане, чтобы помочь исследовать и сохранить одно из наших наименее защищенных мест.

Saab Seaeye Sabertooth, использующий оптический модем BlueComm для беспроводной связи.
Фото: Сонардайн

В этой миссии они установили депрессор (кабельный приемник с надводного судна) с BlueComm 200 UV на одном погружном аппарате и, с другой, на BlueComm 200, который работал с прототипом длины волны зеленого света, чтобы сохранить достаточное разделение в длины волн для ограничения помех между каждым устройством и депрессором. Депрессор был погружен на глубину 90 м и использовался для беспроводной связи с двумя пилотируемыми подводными лодками с использованием BlueComms. Благодаря этой договоренности ведущая Sky News Анна Боттинг смогла снять себя в одной из пилотируемых подводных лодок, используя видео высокой четкости, и передавать эти данные в прямом эфире в миллионы домов по всей планете практически без помех со стороны солнца. Строительные блоки для поддержки секретных операций уже готовы и проверены.

об авторе

Автор: Иосеба (Джо) Тена.

Иосеба (Джо) Тена - менеджер по глобальному бизнесу - Defense & Robotics в компании Sonardyne, занимающейся подводным позиционированием, навигацией и коммуникационными технологиями.