Ett team av ingenjörer från Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL), i Laurel, Maryland, har framgångsrikt visat en hög bandbredd, optiskt ledigt (FSO) kommunikationssystem mellan två fartyg i rörelse, bevisar operativ nytta av FSO -teknik i den marina miljön.

Juan Juarez, den tekniska ledningen för teamet som utvecklar tekniken, sade att APL är den första organisationen som framgångsrikt driver en sådan högkapacitet optisk kommunikationskapacitet-upp till 10 gigabit per sekund-i farten, ombord på fartyg till sjöss, och i utmanande miljöer nära stranden.

"Vi visade bandbredder som var flera storleksordningar högre än all nuvarande radiofrekvenskommunikationskapacitet [RF] på marinens fartyg, och på längre räckvidd än tidigare demonstrerad FSO -teknik för maritima applikationer, "Sa Juarez." Det här motsvarar att ha upp till 2, 000 användare som samtidigt tittar på högupplösta videoströmmar över den optiska länken. "

The Lab visade sitt senaste kompakta formfaktorsystem vid 2017 Trident Warrior Exercise, ett årligt evenemang där sjömän provar de senaste innovationerna inom sjökrigssystem och ger feedback om dessa system till befälhavare och utvecklare.

Håller kontakten

Marinens fartyg använder vanligtvis RF-system för att kommunicera - men marinen letar också efter alternativa kommunikationsmedel i fall, för teknisk, drifts- eller miljöskäl, radioöverföring är inte tillgänglig. "Marinplattformar behöver alltmer fungera effektivt under reducerade RF- eller utsläppskontrollförhållanden samtidigt som de behåller sin taktiska fördel och lägesmedvetenhet, "noterade Juarez.

Optiska kommunikationssystem för fritt utrymme - som använder trådlös överföring för att leverera optiska datasignaler med höga bithastigheter - erbjuder en övertygande kompletterande kommunikationskapacitet till konventionell RF- och mikrovågskommunikation genom att tillhandahålla säkra höga datahastigheter utanför det konventionella RF-spektrumet.

Kommersiella FSO -system finns men tillgodoser vanligtvis inte försvarsbehov, Juarez sa, "speciellt när det gäller systemmobilitet, länkintervall, och datahastighet när du arbetar i den starkt scintillerade markmiljön, särskilt nära vattnet. "FSO -demonstrationssystem som tidigare byggts för terrestriska försvarsapplikationer har varit för stora, eller saknade rörlighet, datahastigheter, eller intervall för att vara praktiskt på marinplattformar.

Över land och hav

APL:s system övervinner många av dessa utmaningar. Den första testveckan var skepp till land, från motorfartyget (M/V) Merlin utanför kusten av Naval Base Point Loma, San Diego, till parkeringsplatsen för 3:e flottans huvudkontor. Teamet uppnådde mer än 14 timmars kopplingstid, inklusive under 4- till 6-fots öppet hav; 1–2 gigabit felfri datatransport vid avstånd större än 25 kilometer; röstkommunikation på mer än 35 kilometer; chattmeddelanden ut till 45 kilometer, den maximala tillgängliga siktlinjen; och repeterbar, halvautomatiska återköp över hela synfältet.

Också under den första veckan, Vice Adm. Nora Tyson, befälhavare för USA:s tredje flotta, besökte den landbaserade testplatsen och informerades av det skeppsbaserade teamet om den optiska länken-första gången en trestjärnig amiral höll en videokonferens över en optisk länk.

"Väderförhållandena under de två testveckorna var typiska för San Diego's" June Gloom "och gav APL -teamet gott om möjligheter att visa att vår FSO -teknik kan fungera även genom vissa nivåer av dimma och dis, "Sa Juarez." Medan dimlagret var närvarande, länkar på över 10 kilometer uppnåddes, även om sikten ibland minskade till 2–3 kilometer. "

Under den andra testveckan, den andra uppsättningen hårdvara installerades ombord på Sea Hunter, ett autonomt kontinuerligt spår obemannat fartyg (ACTUV) utvecklat av Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) och Office of Naval Research. Sea Hunter bemannades tillfälligt av en sexpersons rymd- och sjökrigskommando förutom APL-testteamet för denna demonstration.

Flera länkar mellan de två fartygen uppnåddes i 3- till 5-fots dyningar, över 10 kilometer inom räckvidd, med ACTUV Sea Hunter som gick 24 knop och M/V Merlin gick 12 knop i en "V"-formation som gjorde att fartygen snabbt kunde separera från varandra, samtidigt som länkarna bibehålls vid varierande hastigheter och rörelser.

"Trots hav som båda fartygen rullade med svällningarna, länken förblev stabil, " sa Juarez. FSO-utrustningen upplevde betydande havssprej, och den allestädes närvarande San Diego marina lagerdimman tillförde en ytterligare utmaning till länkarna mellan fartyg och fartyg. Ändå, första datahastigheter så höga som 7,5 gigabit uppnåddes över en länk mellan två fartyg.

Spelförändrande teknik

APL:s kompakta, mobilt FSO-demonstrationssystem är kulmen på mer än ett decennium av laboratorieprestationer inom fritt rymdoptik.

APL ledde det mycket framgångsrika DARPA Free Space Optical Experimental Network Experiment (FOENEX) för att fälttesta kommunikationssystem med hög bandbredd, integrering av FSO och radiofrekvensteknik i ett nätburet nätburet nät. "Efter FOENEX bestämde vi oss för att investera i utvecklingen av ett system för att bevisa att en kompakt, fritt rymdoptiksystem skulle kunna fungera i den mycket utmanande marinmiljön, "Sa Juarez." Som APL bevisade i Trident Warrior 2017, FSO -tekniken är äntligen en livskraftig, icke-RF-kommunikationsteknik för US Navy-plattformar. "

"Den demonstrerade prestandan för APL:s laserkommunikationssystem öppnar olika potentiella applikationer, "sa APL:s chef för luft- och missilförsvarssektorn Mike White." Vi ser fram emot att samarbeta med sponsorer och krigsmän för att vidareutveckla denna teknik som förändrar spelet. "