Связь с подводными лодками - это область военной связи, которая создает технические проблемы и требует специальных технологий. Поскольку радиоволны плохо проходят через хорошие электрические проводники, такие как соленая вода , подводные лодки отрезаны от радиосвязи с их командованием на обычных радиочастотах. Подводные лодки могут всплывать и поднимать антенну над уровнем моря, а затем использовать обычные радиопередачи, однако это делает их уязвимыми для обнаружения силами противолодочной борьбы . Ранние подводные лодки во время Второй мировой войныв основном путешествовали на поверхности из-за их ограниченной подводной скорости и выносливости; они ныряли в основном, чтобы избежать непосредственной угрозы. Во время холодной войны , однако, атомные подводные лодки были разработаны , которые могут оставаться под водой в течение нескольких месяцев. В случае ядерной войны подводным лодкам с подводными баллистическими ракетами нужно приказать быстро запустить свои ракеты. Передача сообщений на эти подводные лодки - активная область исследований. Радиоволны очень низкой частоты (ОНЧ) могут проникать в морскую воду на расстоянии нескольких сотен футов, и многие военно-морские силы используют мощные береговые ОНЧ-передатчики для подводной связи. Несколько стран создали передатчики, использующие радиоволны крайне низкой частоты (СНЧ), которые могут проникать в морскую воду и достигать подводных лодок на рабочих глубинах, но для этого требуются огромные антенны. Другие используемые методы включают сонар и синие лазеры .
Акустическая передача
В воде звук распространяется далеко, и подводные громкоговорители и гидрофоны могут покрыть значительную щель. Судя по всему, и американский ( SOSUS ), и российский военно-морской флот разместили оборудование звуковой связи на морском дне районов, часто посещаемых их подводными лодками, и соединили его подводными кабелями связи со своими наземными станциями. Если рядом с таким устройством прячется подводная лодка, она может оставаться на связи со своим штабом. Подводный телефон иногда называют Гертрудой также используется для связи с погружными.
Очень низкая частота
Радиоволны ОНЧ (3–30 кГц ) могут проникать в морскую воду на несколько десятков метров, и подводная лодка на небольшой глубине может использовать их для связи. Более глубокое судно может использовать буй с антенной на длинном тросе. Буй поднимается на несколько метров ниже поверхности и может быть достаточно маленьким, чтобы оставаться незамеченным для гидролокатора и радара противника. Однако эти требования к глубине ограничивают подводные лодки короткими периодами приема, и технология противолодочной войны может быть способна обнаруживать подводную лодку или антенный буй на этих малых глубинах.
Естественный фоновый шум увеличивается с уменьшением частоты, поэтому для его преодоления требуется большая излучаемая мощность. Хуже того, маленькие антенны (относительно длины волны) по своей сути неэффективны. Это подразумевает высокую мощность передатчика и очень большие антенны, покрывающие квадратные километры. Это мешает подводным лодкам передавать VLF, но для приема будет достаточно относительно простой антенны (обычно с длинным задним проводом). Т.е. VLF всегда в одну сторону, с суши на лодку. Если требуется двусторонняя связь, лодка должна подняться ближе к поверхности и поднять антенную мачту для связи на более высоких частотах, обычно ВЧ и выше.
Из-за узкой полосы пропускания передача голоса невозможна; поддерживаются только медленные данные. Скорость передачи данных VLF составляет около 300 бит / с, поэтому сжатие данных имеет важное значение.
Лишь несколько стран используют средства связи с подводными лодками с помощью СНЧ-связи: Норвегия, США , Россия, Великобритания, Германия , Австралия , Пакистан и Индия .
Чрезвычайно низкая частота
Электромагнитные волны в ELF и SLF диапазонах частот (3-300 Гц ) могут проникать морскую воду на глубину до сотен метров, что позволяет сигналы , которые будут отправлены в подводные лодки на свои рабочие глубинах. Построение ELF передатчика является сложной задачей, так как они должны работать на невероятно длинные длины волн : ВМС США «s Project ELF система, которая была вариантом более крупной системы , предложенной в рамках кодового проекта Sanguine , [1] работает при 76 Гц , [2] советская / российская система (называемая ЗЕВС ) на 82 Гц. [3] Последний соответствует длине волны 3656,0 км. Это больше четверти диаметра Земли. Очевидно, что обычную полуволновую дипольную антенну построить невозможно.
Вместо этого, кто-то, кто хочет построить такое сооружение, должен найти область с очень низкой проводимостью земли (требование противоположно обычным местам радиопередатчиков), закопать два огромных электрода в землю в разных местах, а затем подвести к ним линии от станция посередине, в виде проводов на столбах. Хотя возможны и другие разнесения, расстояние, которое использует передатчик ZEVS, расположенный недалеко от Мурманска, составляет 60 километров (37 миль). Поскольку проводимость земли низкая, ток между электродами будет проникать глубоко в Землю, по существу, используя большую часть земного шара в качестве антенны. Длина антенны в Республике, штат Мичиган, составляла приблизительно 52 километра (32 мили). Антенна очень неэффективная. Кажется, что для его работы требуется специальная силовая установка, хотя мощность, излучаемая в виде излучения, составляет всего несколько ватт . Его передачу можно получить практически в любом месте. Станция в Антарктиде на 78 ° ю. Ш. 167 ° з. Д. Обнаружила передачу, когда ВМФ СССР ввел в действие свою антенну ZEVS. [3]
Из-за технической сложности создания передатчика СНЧ, США , Китай , [4] Россия и Индия являются единственными странами, которые, как известно, построили средства связи СНЧ. Пока он не был демонтирован в конце сентября 2004 года, система American Seafarer , позже названная системой Project ELF (76 Гц), состояла из двух антенн, расположенных на озере Клэм , штат Висконсин (с 1977 года), и в республике, штат Мичиган, на Верхнем полуострове ( с 1980 г.). Российская антенна ( ЗЭВС , 82 Гц) установлена на Кольском полуострове недалеко от Мурманска . Это было замечено на Западе в начале 1990-х годов. ВМС Индии имеет оперативный центр СДВ связи на INS Kattabomman военно - морской базы для связи с Arihant класса и класса Акула подводных лодок. Начиная с 2012 года, этот объект был модернизирован для передачи сообщений в формате ELF. [5] [6] [7] Китай, с другой стороны, недавно построил крупнейший в мире объект ELF размером примерно с Нью-Йорк, чтобы поддерживать связь со своими подводными силами без необходимости всплытия. [8]
Трансмиссии ELF
В кодировании, используемом для передач в формате ELF в армии США, использовался код с исправлением ошибок Рида – Соломона с использованием 64 символов, каждый из которых представлен очень длинной псевдослучайной последовательностью . Затем вся передача была зашифрована . Преимущества такого метода заключаются в том, что путем корреляции нескольких передач сообщение может быть завершено даже с очень низким отношением сигнал / шум , а поскольку только очень немногие псевдослучайные последовательности представляют фактические символы сообщения, существует очень высокая вероятность что если сообщение было успешно получено, это было действительное сообщение ( анти-спуфинг ).
Канал связи односторонний. Ни одна подводная лодка не могла иметь на борту собственный передатчик СНЧ из-за огромных размеров такого устройства. Попытки создать передатчик, который можно было бы погрузить в море или летать на самолете, вскоре прекратились.
Из-за ограниченной пропускной способности информация может передаваться очень медленно, порядка нескольких символов в минуту (см . Теорему Шеннона о кодировании ). Таким образом, он использовался только военно-морским флотом США для передачи инструкций по установлению другой формы связи [9], и разумно предположить [ почему? ], что фактические сообщения были в основном общими инструкциями или запросами на установление другой формы двусторонней связи с соответствующим органом. [ необходима цитата ]
Стандартная радиотехнология
Подводная лодка может использовать обычную радиосвязь. Подводные лодки могут использовать военно-морские частоты в диапазонах HF , VHF и UHF (т. Е. Диапазонах) и передавать информацию как с помощью методов модуляции голоса, так и с помощью телетайпа. Там, где это возможно, для связи на большие расстояния предпочтительнее использовать специальные военные спутниковые системы связи, поскольку ВЧ-диапазоны могут выдать местоположение подводной лодки. Система ВМС США называется Подсистемой обмена подводной спутниковой информацией ( SSIXS ) и является составной частью системы сверхвысокочастотной спутниковой связи ВМФ (UHF SATCOM).
Сочетание акустической и радиопередачи
Недавняя технология, разработанная командой Массачусетского технологического института, объединяет акустические сигналы и радар, позволяя подводным подводным лодкам связываться с самолетами. [10] Подводный передатчик использует акустический динамик, направленный вверх к поверхности. Передатчик посылает многоканальные звуковые сигналы, которые распространяются как волны давления. Когда эти волны ударяются о поверхность, они вызывают крошечные колебания. Над водой радар в диапазоне 300 ГГц непрерывно отражает радиосигнал от поверхности воды. Когда поверхность слегка вибрирует благодаря звуковому сигналу, радар может обнаруживать вибрации, завершая путь сигнала от подводного динамика к воздушному приемнику. [11] Эта технология называется TARF (трансляционная акустическая радиочастотная связь), поскольку она использует преобразование между акустическими и радиочастотными сигналами. Эта многообещающая технология все еще находится в зачаточном состоянии и была успешно протестирована только в относительно контролируемых средах с небольшой, примерно до 200 мм, рябью на поверхности, в то время как более крупные волны препятствовали успешной передаче данных.
Подводные модемы
В апреле 2017 года Центр морских исследований и экспериментов НАТО объявил [12] об утверждении JANUS, стандартизированного протокола для передачи цифровой информации под водой с использованием акустического звука (как модемы и факсы по аналоговым телефонным линиям). [13] Документированный в STANAG 4748, он использует частоты от 900 Гц до 60 кГц на расстоянии до 28 километров (17 миль). [14] [15] Он доступен для использования с военными и гражданскими устройствами, устройствами НАТО и других стран; он был назван в честь римского бога ворот, проемов и т. д.
Смотрите также
- Чрезвычайно низкая частота
- Наземный диполь
- Сверхнизкая частота
- TACAMO , радиосистема, предназначенная для защиты от ядерной атаки
Рекомендации
- ^ Carlos A. Altgeit (20 октября 2005). "Самая большая в мире" радиостанция " (PDF) . Проверено 1 сентября 2013 года .
- ^ "Место установки сверхнизкочастотного передатчика в Клэм-Лейк, Висконсин" (PDF) . ВМС США. 8 апреля 2003 . Дата обращения 5 мая 2017 .
- ^ а б Тронд Якобсен. "ЗЕВС, российский передатчик КНЧ 82 Гц" .
- ^ https://www.thedrive.com/the-war-zone/25728/chinas-new-york-city-sized-earthquake-warning-system-sounds-more-like-way-to-talk-to-subs
- ^ «Военно-морской флот получает новые возможности для связи с подводными лодками, летающими под водой» . Таймс оф Индия . 31 июля 2014 г.
- ^ http://www.janes.com/article/11147/india-makes-headway-with-elf-site-construction
- ^ «Индия станет второй страной, использующей оборудование ELF» . Индус . Специальный корреспондент. 20 мая 2017 года. ISSN 0971-751X . Проверено 14 декабря 2019 .CS1 maint: другие ( ссылка )
- ^ https://www.thedrive.com/the-war-zone/25728/chinas-new-york-city-sized-earthquake-warning-system-sounds-more-like-way-to-talk-to-subs
- ^ Фридман, Норман (1997). Справочник Военно-морского института по мировым военно-морским системам вооружений, 1997–1998 гг . Нью-Йорк: Издательство военно-морского института. С. 41–42. ISBN 1-55750-268-4 - через Google Книги.
- ^ Франческо Тонолини и Фадель Адиб. «TARF, беспроводная связь из подводного мира в воздух» .
- ^ Майкл Козиол. «Исследователи TARF, Массачусетского технологического института разработали бесшовную систему подводной связи» .
- ^ «Новая эра цифровых подводных коммуникаций» . НАТО. 27 апреля 2017.
- ^ "Вики Сообщества JANUS" .
- ^ Браун, Эрик (15 августа 2017 г.). «Интернет подводных вещей: стандарт JANUS с открытым исходным кодом для подводных коммуникаций» . Linux.com . Фонд Linux.
- ^ Насини, Франческа (4 мая 2017 г.). «JANUS создает новую эру цифровых подводных коммуникаций» . Робохуб .
Внешние ссылки
- Радиосвязь немецких подводных лодок в Первую и Вторую мировые войны
- О проектах US ELF
- ЗЕВС, российский передатчик КНЧ 82 Гц Автор Тронд Якобсен из ALFLAB, Халден, Норвегия
- Место установки сверхнизкочастотного передатчика Clam Lake, Wisconsin , "Фактический файл", опубликованный ВМС США (файл PDF)
- Военные сообщения Кристофера Х. Стерлинга
- TARF, Беспроводная связь из подводного мира в воздух Франческо Тонолини и Фадель Адиб