про то "чего не бывает" - Акустический модем для управления подводными средствам
Акустический модем для управления подводными средствами
(по материалам доклада John С. Reardon и Nazeeh Shaheen «Reliable Long Range Acoustic Modem for Command and Control of Undersea Platforms and Sensors»)
Фирма Naulronix MariPro получила кон¬тракт от ВМС США на внедрение техноло¬гий акустических цифровых систем связи с широким спектром частот в системы коман¬дования и управления ПА. На базе разрабо¬танной фирмой системы ГА связи (NAS-HAIL - Noutronix Acoustic Subsca Hydro-Acostic Information Link), отличающейся высокой надежностью, большой дальностью действия и малой вероятностью перехвата сообщений, и с использованием коммерческих разработок был создан акустический модем для передачи команд управления на ПА NAS-HAIL-C2 (Command and Control).
Отличительной чертой системы NAS-HAIL является уникальная схема формирования сиг¬нала, основанная на технологии, известной как «Спектрально модулированная связь» или «Широкополосная связь». Фирмой Nautronix был разработан принцип цифровой спектраль¬ной модуляции сигнала (ADS2 — Acoustic Digital Spread Spectrum), позволяющий адап¬тироваться к изменяющимся условиям окружа¬ющей среды и выполняемых задач. Сигнал счи¬тается широкополосным, когда полоса частот, по крайней мере, в десятки раз больше, чем при обычной узкополосной связи при определённой скорости передачи данных. Такая схема явля¬ется более защищенной, чем передача сигнала на дискретной несущей частоте. В системе NAS-HAIL спектр сигнала выбран таким об¬разом, чтобы сигнал был неразличим на фоне окружающих шумов.
В силу того, что широкоспектральные сиг¬налы очень напоминают окружающий шум, они могут характеризоваться как сигналы с малой вероятностью перехвата, когда мощ¬ность спектральной плотности сигнала равна или ниже мощности спектральной плотности окружающего шума. Для снижения вероятно¬сти перехвата сигнала в системе NAS-HAIL имеется возможность управления уровнем передаваемой мощности-
Основой принципа ADS2 является использование кодовой последовательности сигналов. Перед началом передачи исходный сиг¬нал смешивается с псевдослучайной кодиро¬ванной последовательностью, чтобы создать шумоподобный сигнал широкого спектра. В приёмнике из этого сигнала выделяется ис¬ходный сигнал, используя ту же самую коди¬рованную последовательность.
В течение многих лет принцип спектраль¬ной модуляции широко использовался в систе¬мах радиосвязи. Однако применение его в ГА телеметрических системах было ограниченным в связи со значительно более сильным влияни¬ем доплеровского аффекта на гидроакустичес¬кие сигналы по сравнению с радиосигналами.
Для использования широкополосной тех¬ники в ГА телеметрии необходимо, чтобы при¬ёмная система могла обнаруживать и точно отслеживать траекторию относительного дви¬жения передатчика и приёмника. Решение этой проблемы явилось ключевым аспектом программы NAS-HAIL.
Основные характеристики акустического модема NAS-IIAIL-C2:
• обеспечение возможности лоцирования объекта при наклонной дальности до 10 км;
• возможность получения высокой скоро¬сти связи — 250 бит/сек. на 2 км;
• работоспособность в условиях высокого уров¬ня фоновых шумов;
• работа на глубинах менее 200 м;
• уровень выходного сигнала 190 дБ (от¬носительно 1 мкПа на 1м);
• учет эффекта Доплера на 15 уз;
• максимальная входная мощность 200 Вт, рабочая 140 — 160 Вт при напряжении 18 -36 В постоянного тока;
• возможность регулирования уровня выходной мощности и скорости передачи данных,
В модеме используется встроенный высо¬коэффективный цифровой сигнальный про¬цессор (DSP - Digital Signal Рrocessor). Пользователь может выбирать скорость пе¬редачи данных ив трех различных диапазонов -50,150 и 250 бит/сек.
Модем NAS-HA1L-C2 выполнен в двух конфигурациях; в едином блоке и с дистанци¬онным расположением блока антенных преоб¬разователей и электронного блока. Массогабаритные характеристики модема; диаметр 88,9 мм, длина 584,2 мм; вес блока электроники 4,5 кг, в воде 2,25 кг; вес антен¬ных преобразователей 1,8 кг, в воде 0,9 кг.
Для демонстрации характеристик модема NAS-HAIL-C2 фирмой Naulronix были про¬ведены испытания, которые показали, что он обеспечивает проведение связи, когда уровень сигнала на - 5 дБ ниже шумового фона, а при скорости передачи 50 бит/сек, уровень сиг¬нала может быгь снижен до - 12 дБ, Была продемонстрирована возможность учёта эффекта Доплера на скорости 15 уз даже при изменении скорости от - 15 уз до +15 уз за 10 сек.
Испытания возможности связи при многолу¬чевых сигналах были проведены в бассейне с системами, разнесенными на 1 м. Связь осу¬ществлялась в течение более 2 час, при пол¬ной выходной мощности, В течение этого пе¬риода не было зафиксировано ошибок в пере¬даче данных даже на скорости 250 бит/сек, за 15 сек при частоте 2 Гц.
Для проверки возможности связи в усло¬виях шумов залива и очень мелких вод были проведены морские испытания в бухте St Andrews, Panama City, Florida, Один из ис¬пытуемых блоков находился на надводном корабле в акватории с глубиной 10 м и был опущен на глубину 2,5 м, второй, удалённый на 4 км, находился на глубине 8 м. Испытания продемонстрировали возможность установле¬ния надёжной связи даже при наличии значи¬тельного собственного шума корабля. Морские испытания на дальность в прибрежной зоне также прошли успешно. Надёжная связь была продемонстрирована на дальности 10 км при скорости передачи данных 50 бит/сек, и свы¬ше 2 км при 250 бит/сек.
