水中では聞いたことがない：Covert Communications

by Ioseba Tena、グローバルビジネスマネージャ - Defense＆Robotics、Sonardyne • 13 5月 2019

Nekton First Descentのミッションで、SonarydneのBlueCommがAldabraの水に浸かった。写真：ネクトンオックスフォード深海研究所

SonarydneのBlueCommユニットの1つがNektonミッション潜水艦の1つに取り付けられていた。写真：ネクトンオックスフォード深海研究所

L3ASV C-Workerの無人地上車とNational Oceanography CentreのALRが最近の試験で協力して音響および光通信を実証しました。写真：ソナダイン

SkyCommからのAnna Bottingは、BlueComm 200 UVを使用してワイヤレスで海中で通信している間にテレビでライブ中に表示されます。 Sky Newsのライブ放送の静止画。写真：ソナダイン

Nektonのミッションでは、2つの有人潜水艦にBlueCommsが装備され、ライブビデオを地上に送信してから、世界中の視聴者に送信しました。 Sky Newsのライブ放送の静止画。写真：ソナダイン

海洋探査放送で世界初を達成するのに役立った技術はまた、通信が聞こえないようにする必要がある防衛分野での秘密作戦のための答えを提供することができます。

伝統的に、無線海中通信は音響信号を使用する。音は電磁波よりも水中を伝わるので、音は実用的です。音を使って、情報は何kmにもわたって共有することができる。残念ながら、これらの音を聞き、受動センサーを使って音源を狙うのも比較的簡単です。信号が有効である実際の範囲を超えた場合も含みます。数年前から、自由空間光学系を使用して信号を変調し、最大150mに及ぶ距離で最大10Mbpsの重要なデータレートを可能にする新しい技術が開発されました。有効通信距離が短くなると、有効検出率も短くなります。聴取はそれほど簡単ではありません。

音響通信
水中でワイヤレスで通信する場合は、音響の使用が一般的であり、そのままになる可能性があります。水中で音が伝わる方法の物理学はよく理解されています。他の音響ビーコンと通信し追跡するための機器は一般的である。実際、低周波および中周波の音響システムを使用して、広範囲にわたって海中で効果的に通信することができます。 Sonardyneは最近、11kmの範囲で最大3000bpsのデータレートを実証しました。しかしながら、音を水を介して運ぶためのそのような効果的な手段にするのと同じ理由で、それはまたそれを干渉および検出の影響を受けやすくする。音声信号は、単に同じ周波数で他の音声信号を単に送信することによって妨害される可能性があります。単に干渉の振幅を大きくすると、レシーバが目的の信号を見つけにくくなります。音源を狙うのは単純な三角法です。データを変調し、おそらく圧縮する方法を理解する必要があるため、メッセージを聞くことはそれほど単純ではありません。それでも、音の使用は妥協点にユーザーを置くことができます。その結果、隠密が海底ミッションの最重要要件である場合、コミュニケーションは選択肢にはなりませんでした。

SonarydneのBlueCommユニットの1つがNektonミッション潜水艦の1つに取り付けられていた。写真：ネクトンオックスフォード深海研究所

自由空間光モデム
電磁波は急速に減衰し、その有効通信距離は相対的に非常に短いため、海中では成功していません。この状況は、新しい自由空間光モデムが範囲を広げ、さらに伝送できるデータ量を増やすにつれて変化しています。

SonardyneのBlueComm 200がその好例です。その波長（450nm）で光が水を最も遠くを通るので、それは可視の青い光を使います。ほとんどの青色光は最大150mまで進むことができ、太陽から放出される少量の青色光を検出することは珍しいことではありません。青色光を使用すると、音響を使用した場合よりもはるかに多くのデータを転送できます。 BlueComm 200は最大10Mbpsのデータレートを維持できます。 HDビデオをリアルタイムで転送するのに十分です。 BlueComm 200モデムは、深海での常駐型海中自律型水中自動車（AUV）プログラムのサポートに最大の関心を寄せています。AUVは、最大150mの半球形状で操縦することができます。それはかなりの距離です。

浅瀬では、それらの使用は日光による干渉によって制限されています（これまで見てきたように、水深が1,000mまで下がる可能性があります）。他の光源からの干渉はモデムの有効範囲を制限します。自由空間光学モデムもそれほど秘密ではなく、それらは可視光スペクトルで動作し、したがって裸眼で見える。

紫外線
まず干渉の問題に取り組みます。もし人工光からの干渉を避けるために可視光スペクトルの外側で動作するならば、どの波長が最良の選択でしょうか？ 405nmの中心波長は紫外線（UV）といくらかの可視紫外光を含む良い妥協案でした、BlueComm 200 UVは生まれました。我々がしなければならなかった譲歩は範囲でした。それは効果的に最大75mまで半分になりました。その代わりに、2つのメリットがありました。第一に、我々は人工的な光による汚染に苦しむことはないでしょう。これは、ビデオを撮影している間、または他の光源の存在下で同時に動作できることを意味します。第二に、私たちは地表近くで作業することができ、日光による干渉を受けにくくなります。これは、太陽から放射される紫外線は、水を通過する際の青色光ほど効果的ではないためです。その間、私達は10Mpbsまでの更新率を維持しました。また、一歩後退すると、最大75mの最大距離で最大10Mbpsの速度で動作し、維持できる半球に似た形状のサイズが重要になり、さまざまな操作の概念をサポートできます。その1つが秘密通信です。
BlueComm 200 UVは、海底沿いの関連する前哨基地での秘密のAUV通信をサポートするために使用できます。写真：Sonardyne Covertコミュニケーション
BlueComm 200 UVは最大75mまで伝播する可能性があるので、これは、わずか75m未満の深度で動作しているときに通信し、海面から観察する人には見えないことを意味します。事実、そもそも誰かが私たちのBlueComm 200 UVの75mの範囲内にいるのであれば、彼らは知性に基づいて行動している可能性が非常に高いでしょう。最初の場所。表面近くで動作している場合でも、BlueComm 200 UVの限られた範囲は、宇宙から見たとき、干し草の山の中の針のようなものです。これは、我々が海中でコミュニケーションをとり、秘密を守ることができることを意味します。これは新世代の潜水艦と新しい無人潜水機（UUV）の概念にとって素晴らしいニュースです。

潜水艦のための力の乗数として無人車両は新しい考えではありません。 1997年に、国立研究評議会は、「米国海軍海兵隊のための技術、2000-2035」の第6巻を発行しました。この文書では、作者はAUV / UUVシステムが運用をサポートするためにどのように使われるかを詳しく述べ、このビジョンを実現するための要件として安全な通信リンクを引用します。 BlueComm 200 UVはこのリンクを安全にそしてひそかに提供することができます。

BlueComm 200 UVを使用すると、超大型無人潜水機（XLUUV）プラットフォームは、他人の乗り物やチョークポイントの地上局と通信して通信することができ、外人からの侵入を監視、検出、および防止するのに役立ちます。

実例
それは秘密性のすべてではありません、最近私達は全く反対を達成しました。この技術はこの分野には出ておらず、世界初の達成に使用されていました。 Nekton財団との連携：AP通信、そしてSky Newsは、有人潜水艦から無線で船舶へ、そして何百万もの家庭へ、私たちのフリースペース光モデムを使ってライブ伝送を実現しました。ネクトン財団は、私たちの世界の海に関する知識と理解を変え、この最後の荒野である深海の保護と統治をスピードアップするために設立されました。彼らのFirst Descentイニシアチブは、インド洋で2つの有人潜水艦を使用して、私たちの最も保護されていないスペースの1つを探索して節約するのを助ける一連の探検を含みました。

無線通信用のBlueCommフリースペース光モデムを使用したSaab Seaeye Sabertooth。
写真：ソナダイン

この任務では、彼らは、水中のBlueComm 200 UVと、十分な距離を保つためにプロトタイプの緑色光の波長で作業していたBlueComm 200を備えた減圧装置（水上艦からのケーブル受信機）を設置しました。各ユニットと減圧装置の間の干渉を制限するための波長。減圧器は90mの深さに沈められ、BlueCommsを使用して2人の有人潜水艦と無線で通信するために使用されました。この配置で、Sky NewsのプレゼンターAnna Bottingは、高解像度ビデオを使って有人潜水艇の中に自分自身を映し出し、そのデータを太陽の影響をほとんどまたはまったく受けずに地球上の何百万もの家に送信できました。隠密作戦を支援するための構成要素は準備ができており、証明されている。

著者について

著者：ヨセバ（ジョー）テナ。