Forskere demonstrerer kommunikationsevne med høj båndbredde til skibe

Et team af ingeniører fra Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL), i Laurel, Maryland, med succes har vist en høj båndbredde, optisk ledig (FSO) kommunikationssystem mellem to skibe i bevægelse, beviser operationel nytte af FSO -teknologi i det maritime miljø.

Juan Juarez, den tekniske leder for teamet, der udvikler teknologien, sagde, at APL er den første organisation, der med succes driver en sådan optisk kommunikationskapacitet med høj kapacitet-op til 10 gigabit per sekund-på farten, ombord på skibe til søs, og i udfordrende nærkystmiljøer.

"Vi demonstrerede båndbredder, der var flere størrelsesordener højere end al nuværende radiofrekvens [RF] kommunikationsevne på marinefartøjer, og på længere intervaller end tidligere demonstreret FSO -teknologi til maritime applikationer, "Sagde Juarez." Det svarer til at have op til 2, 000 brugere, der samtidigt ser HD-videostreams på tværs af det optiske link. "

Labbet demonstrerede sit seneste kompakte formfaktorsystem ved Trident Warrior -øvelsen 2017, en årlig begivenhed, hvor sejlere afprøver de nyeste innovationer inden for krigsførelsessystemer og giver feedback om disse systemer til befalingsmænd og udviklere.

Holder kontakten

Marineskibe bruger typisk RF -systemer til at kommunikere - men flåden søger også efter alternative kommunikationsmidler i tilfælde af, for teknisk, driftsmæssige eller miljømæssige årsager radiotransmission er ikke tilgængelig. "Søplatforme har i stigende grad brug for at fungere effektivt under reducerede RF- eller emissionskontrolforhold, samtidig med at de bevarer deres taktiske fordel og situationsfornemmelse, "bemærkede Juarez.

Optiske kommunikationssystemer i ledig plads-der gør brug af trådløs transmission til at levere optiske datasignaler ved høje bithastigheder-tilbyder en overbevisende supplerende kommunikationsevne til konventionel RF- og mikrobølge-kommunikation ved at levere sikre høje datahastigheder uden for det konventionelle RF-spektrum.

Kommercielle FSO -systemer eksisterer, men imødekommer typisk ikke forsvarets behov, Juarez sagde, "specifikt med hensyn til systemmobilitet, link rækkevidde, og datahastighed under drift i det stærkt scintillerede terrestriske miljø, især tæt på vandet. "FSO -demonstrationssystemer, der tidligere er bygget til terrestriske forsvarsprogrammer, har været for store, eller manglede mobilitet, datahastigheder, eller områder for at være praktisk på flådeplatforme.

Over land og hav

APL's system overvinder mange af disse udfordringer. Den første testuge var skib til land, fra motorfartøjet (M/V) Merlin ud for kysten ved Naval Base Point Loma, San Diego, til parkeringspladsen for 3. flådehovedkvarter. Teamet opnåede mere end 14 timers sammenkoblingstid, herunder under 4- til 6-fods åbent hav; 1-2 gigabit fejlfri datatransport i områder over 25 kilometer; stemmekommunikation på mere end 35 kilometer; chatbeskeder ud til 45 kilometer, den maksimalt tilgængelige sigtelinje og kan gentages, halvautomatiske genindkøb over hele synsfeltet.

Også i løbet af den første uge, Vice Adm. Nora Tyson, chef for US 3. flåde, besøgte det landbaserede teststed og blev orienteret af det skibsbaserede team om det optiske link-første gang en tre-stjernet admiral holdt en videotelekonference over et optisk link.

"Vejrforholdene i løbet af de to ugers test var typiske for San Diego's 'June Gloom' og gav APL -teamet masser af muligheder for at vise, at vores FSO -teknologi kan fungere selv gennem nogle niveauer af tåge og dis, "Sagde Juarez." Mens tågelaget var til stede, forbindelser på over 10 kilometer blev opnået, selvom sigtbarheden til tider blev reduceret til 2-3 kilometer. "

I løbet af den anden testuge, det andet sæt hardware blev installeret ombord på Sea Hunter, et autonomt kontinuerligt trail ubemandet fartøj (ACTUV) udviklet af Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) og Office of Naval Research. Sea Hunter blev midlertidigt bemandet af et mandskab på seks personer fra Space and Naval Warfare Command foruden APL-testholdet til denne demonstration.

Flere forbindelser mellem de to skibe blev opnået i 3- til 5 fods dønninger, over 10 kilometer i rækkevidde, med ACTUV Sea Hunter, der går 24 knob og M/V Merlin går 12 knob i en "V" -formation, der gjorde det muligt for skibene hurtigt at adskille sig fra hinanden, samtidig opretholde forbindelserne ved varierende hastigheder og bevægelser.

"På trods af hav, hvor begge skibe rullede med dønningerne, forbindelsen forblev solid, "Sagde Juarez. FSO -udstyret oplevede betydelig havsprøjt, og den allestedsnærværende San Diego marine lag tåge tilføjede en yderligere udfordring til skib-til-skib forbindelserne. Ikke desto mindre, første gang datahastigheder så høje som 7,5 gigabit blev opnået over en forbindelse mellem to fartøjer.

Spilskiftende teknologi

APL er kompakt, mobil FSO-demonstrationssystem er kulminationen på mere end et årti med laboratoriepræstationer inden for ledig optik.

APL førte det meget succesrige DARPA Free Space Optical Experimental Network Experiment (FOENEX) til at afprøve kommunikationssystemer med høj båndbredde, integrering af FSO og radiofrekvens teknologi i et mesh luftbårenet. "Efter FOENEX besluttede vi at investere i udviklingen af ​​et system for at bevise, at en kompakt, ledigt optisk system kunne fungere i det meget udfordrende sømiljø, "Sagde Juarez." Som APL beviste i Trident Warrior 2017, FSO -teknologi er endelig en levedygtig, ikke-RF-kommunikationsteknologi til US Navy-platforme. "

"Den demonstrerede ydelse af APLs laserkommunikationssystemer åbner op for forskellige potentielle applikationer, "sagde APL's chef for luft- og missilforsvarssektor Mike White." Vi glæder os til at samarbejde med sponsorer og krigsførere for at videreudvikle denne spilskiftende teknologi. "