Unerhörte Unterwasserwelt: Verdeckte Kommunikation

Sonarydnes BlueComm-Depressor im Wasser von Aldabra während der Mission Nekton First Descent. Foto: Nekton Oxford Deep Ocean Research Institute

Eine der BlueComm-Einheiten von Sonarydne, die an einem der Tauchboote der Mission Nekton befestigt sind. Foto: Nekton Oxford Deep Ocean Research Institute

Ein unbemanntes L3ASV C-Worker-Oberflächenfahrzeug und das ALR des National Oceanography Centre, das in kürzlich durchgeführten Versuchen zusammenarbeitete und akustische und optische Kommunikation demonstrierte. Foto: Sonardyne

Anna Botting von Sky News wurde live im Fernsehen gezeigt, indem BlueComm 200 UV verwendet wurde, um drahtlos Unterwasser zu kommunizieren. Standbild von der Live-Übertragung von Sky News. Foto: Sonardyne

Während der Nekton-Mission wurden zwei bemannte Tauchboote mit BlueComms ausgestattet, um Live-Videos an die Oberfläche zu übertragen und dann an ein weltweites Publikum weiterzuleiten. Standbild von der Live-Übertragung von Sky News. Foto: Sonardyne

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Eine Technologie, die dazu beigetragen hat, Weltneuheiten im Bereich der Erkundung der Weltmeere zu erreichen, könnte auch die Antwort auf verdeckte Operationen im Verteidigungsbereich liefern, bei denen die Kommunikation ungehört bleiben muss.

Traditionelle drahtlose Unterwasserkommunikation verwendet akustische Signale. Der Klang ist praktisch, weil er sich weiter durch elektromagnetische Wellen bewegt. Mithilfe von Ton können Informationen über viele Kilometer hinweg geteilt werden. Leider ist es auch relativ einfach, diese Töne mit passiven Sensoren zu hören und auf die Quelle zu zielen. auch wenn außerhalb des tatsächlichen Bereichs, in dem die Signale wirksam sind. Seit einigen Jahren wurde eine neue Technologie entwickelt, die signifikante Datenraten von bis zu 10 Mbit / s über Entfernungen von bis zu 150 m ermöglicht. Dabei werden Optiken mit freiem Platz zur Signalmodulation verwendet. Da der effektive Kommunikationsbereich kürzer ist, ist auch die effektive Erkennungsrate kürzer - das Mithören ist nicht so einfach.

Akustische Kommunikation
Die Verwendung von Akustik ist bei der drahtlosen Kommunikation unter Wasser vorherrschend und wird es auch bleiben. Die Physik, wie sich Schall im Wasser ausbreitet, ist gut verstanden. Instrumente zum Kommunizieren und Verfolgen mit anderen akustischen Beacons sind üblich. Tatsächlich können akustische Nieder- und Mittelfrequenzsysteme verwendet werden, um über weite Entfernungen effektiv unter Wasser zu kommunizieren. Sonardyne hat kürzlich Datenraten von bis zu 3000 bps über eine Reichweite von 11 km nachgewiesen. Die gleichen Gründe, die den Schall zu einem so wirksamen Mittel für die Übertragung von Daten durch das Wasser machen, machen ihn jedoch auch stör- und aufdeckungsanfällig. Tonsignale können gestört werden, indem einfach andere Tonsignale mit derselben Frequenz gleichzeitig gesendet werden. Erhöhen Sie einfach die Amplitude Ihrer Interferenz, und es wird für den Empfänger schwierig, das interessierende Signal zu erkennen. Die Schallquelle wird durch einfache Trigonometrie gesteuert. Das Abhören der Nachrichten ist nicht so einfach, da die Art und Weise, wie die Daten moduliert und möglicherweise komprimiert werden, verstanden werden muss. Die Verwendung von Ton kann den Benutzer jedoch in eine kompromittierende Position bringen. Das Ergebnis war, dass die Kommunikation keine Option war, wenn Verschwiegenheit eine Hauptanforderung für eine Unterwassermission ist.

Eine der BlueComm-Einheiten von Sonarydne, die an einem der Tauchboote der Mission Nekton befestigt sind. Foto: Nekton Oxford Deep Ocean Research Institute

Freier Speicherplatz optische Modems
Elektromagnetische Wellen waren unter Wasser nicht erfolgreich, da sie sich schnell abschwächen und ihre effektive Kommunikationsreichweite relativ gesehen sehr kurz ist. Diese Situation hat sich geändert, da neue optische Freiraummodems die Reichweiten vorangebracht haben und wie viele Daten weiter übertragen werden können.

Sonardynees BlueComm 200 ist ein gutes Beispiel. Es verwendet sichtbares blaues Licht, da das Licht bei dieser Wellenlänge (450 nm) am weitesten durch Wasser fließt. Das meiste blaue Licht kann bis zu 150 m lang sein, und es ist nicht ungewöhnlich, kleine Mengen von blauem Licht zu erkennen, die sogar 300 bis 1000 m tief sind, jenseits der euphotischen Zone! Mit blauem Licht können wir viel mehr Daten übertragen, als mit Akustik möglich ist. BlueComm 200 unterstützt Datenraten von bis zu 10 MBit / s. Das reicht aus, um HD-Videos in Echtzeit zu übertragen. Die BlueComm 200-Modems waren für die Unterstützung von autonomen Unterwasserfahrzeugen (AUV) in tiefen Gewässern von großem Interesse. Hier können wir ein AUV um eine hemisphärische Form mit einer maximalen Reichweite von 150 m herum manövrieren! Das ist viel Abstand.

In seichten Gewässern wird ihre Nutzung durch Sonneneinstrahlung eingeschränkt (die, wie wir gesehen haben, bis in eine Tiefe von 1.000 m vordringen kann). Interferenzen mit anderen Lichtquellen schränken die effektive Reichweite des Modems ein. Optische Freiraummodems sind auch nicht so verdeckt, sie arbeiten im sichtbaren Lichtspektrum und sind daher mit bloßem Auge sichtbar.

Ultraviolett
Wir wollten zuerst die Herausforderung der Interferenz angehen. Welche Wellenlänge wäre die beste Wahl, wenn wir außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums arbeiten würden, um Interferenzen durch künstliches Licht zu vermeiden? Eine mittlere Wellenlänge von 405 nm war ein guter Kompromiss aus Ultraviolett (UV) und etwas sichtbarem violettem Licht, der BlueComm 200 UV wurde geboren. Die Konzession, die wir machen mussten, war reich. Es wurde effektiv auf bis zu 75 m halbiert. Im Gegenzug haben wir zwei Vorteile erhalten. Erstens würden wir nicht unter künstlicher Lichtverschmutzung leiden. Dies bedeutet, dass wir gleichzeitig beim Filmen von Videos oder bei Vorhandensein anderer Lichtquellen arbeiten können. Zweitens könnten wir näher an der Oberfläche arbeiten und weniger durch Sonnenlicht gestört werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das von der Sonne emittierte UV-Licht beim Durchqueren von Wasser nicht so effektiv ist wie blaues Licht. Inzwischen haben wir eine Aktualisierungsrate von bis zu 10 MBit / s beibehalten. Wenn Sie einen Schritt zurücktreten, ist eine Form, die fast einer Halbkugel mit einer maximalen Reichweite von 75 m ähnelt, in der Sie bis zu 10 Mbit / s betreiben und aufrechterhalten können, eine bedeutende Größe und kann eine Vielzahl von Operationskonzepten unterstützen. Eine davon ist verdeckte Kommunikation.
BlueComm 200 UV könnte zur Unterstützung der verdeckten AUV-Kommunikation an relevanten Außenposten am Meeresboden eingesetzt werden. Foto: Sonardyne Verdeckte Kommunikation
Da sich eine BlueComm 200 UV bis zu 75 m ausbreiten kann, bedeutet dies, dass wir uns in einer Tiefe von weniger als 75 m bewegen können, ohne dass jemand, der von der Meeresoberfläche aus beobachtet, sie sehen kann. Für jemanden, der sich in einer Entfernung von weniger als 75 m zu unserer BlueComm 200 UV befindet, ist es sehr wahrscheinlich, dass er auf Intelligenz reagiert, dh jemand wäre nur in Reichweite, weil er weiß, wo er uns finden kann erster Platz. Selbst wenn Sie sich näher an der Oberfläche befinden, ähnelt die begrenzte Reichweite der BlueComm 200 UV im Weltraum einer Nadel im Heuhaufen. Das heißt, wir können jetzt Unterwasser kommunizieren und bleiben im Verborgenen. Dies sind großartige Neuigkeiten für eine neue Generation von U-Booten und neue UUV-Konzepte (UWV).

Unbemannte Fahrzeuge als Kraftmultiplikator für U-Boote sind keine neue Idee. Im Jahr 1997 veröffentlichte der National Research Council Band 6 der „Technologie für die Marine und das Marine Corps der Vereinigten Staaten, 2000-2035“. In diesem Dokument beschreiben die Autoren detailliert, wie AUV / UUV-Systeme zur Unterstützung des Betriebs eingesetzt werden, und nennen sichere Kommunikationsverbindungen als Voraussetzung, um diese Vision zu verwirklichen. BlueComm 200 UV kann diese Verbindung sicher und verdeckt bereitstellen.

Mit BlueComm 200 UV können besonders große unbemannte Unterwasserfahrzeug-Plattformen (XLUUV) mit anderen Fahrzeugen oder mit Bodenstationen an Drosselstellen betrieben und kommuniziert werden. Dies hilft dabei, Einfälle von ausländischen Agenten zu überwachen, zu erkennen und zu verhindern, während sie verdeckt bleiben.

Praxisbeispiele
Es geht nicht nur um Verdeckungen, wir haben in letzter Zeit das Gegenteil erreicht. Die Technologie war auf dem Feld, um eine Weltneuheit zu erreichen. Zusammenarbeit mit der Nekton Foundation: Associated Press und dann Sky News erzielten eine Live-Übertragung von einem bemannten Tauchboot drahtlos zu einem Schiff und dann mit unserem optischen Freiraum-Modem zu Millionen von Häusern. Die Nekton Foundation wurde gegründet, um unser Wissen und Verständnis über die Weltmeere zu verändern und den Schutz und die Verwaltung dieser letzten großen Wildnis, des tiefen Ozeans, zu beschleunigen. Ihre First Descent-Initiative beinhaltete eine Reihe von Expeditionen mit zwei bemannten Tauchbooten im Indischen Ozean, um einen unserer am wenigsten geschützten Bereiche zu erkunden und zu erhalten.

Ein Saab Seaeye Sabertooth mit optischem BlueComm-Freiraummodem für die drahtlose Kommunikation.
Foto: Sonardyne

In dieser Mission richteten sie einen Depressor (einen kabelgebundenen Empfänger aus einem Oberflächengefäß) mit einer BlueComm 200 UV auf einem Tauchboot und auf einer anderen einen BlueComm 200 ein, der mit einer grünen Wellenlänge des Prototyps arbeitete, um eine ausreichende Trennung zu gewährleisten die Wellenlängen, um die Interferenz zwischen den einzelnen Einheiten und dem Depressor zu begrenzen. Der Druckminderer war bis zu einer Tiefe von 90 m eingetaucht und wurde zur drahtlosen Kommunikation mit den beiden bemannten Tauchbooten unter Verwendung der BlueComms verwendet. Mit diesem Arrangement konnte sich Sky News-Moderatorin Anna Botting mithilfe hochauflösender Videos in einem der bemannten Unterwasserfahrzeuge filmen und diese Daten live an Millionen von Haushalten auf der ganzen Welt ohne oder mit wenig Sonneneinstrahlung übertragen. Die Bausteine zur Unterstützung verdeckter Operationen sind fertiggestellt und bewährt.

Über den Autor

Der Autor: Ioseba (Joe) Tena.

Ioseba (Joe) Tena ist Global Business Manager - Defence & Robotics beim Unterwasser-Positionierungs-, Navigations- und Kommunikationstechnologieunternehmen Sonardyne.