잠수함과의 통신

Communication with submarines

잠수함과의 통신은 군사통신 분야에서 기술적 난제를 제기하고 전문 기술을 필요로 하는 분야다.바닷물처럼 좋은 도체를 통해 전파가 잘 전달되지 않기 때문에 잠수함은 일반 무선주파수에서 지휘당국과의 무선통신이 차단된다.잠수함은 수면 위로 안테나를 띄워 올린 뒤 일반 무선전송을 이용할 수 있지만 대잠전 부대의 탐지에는 취약하다.제2차 세계대전 중 초기 잠수함은 제한된 수중 속도와 지구력 때문에 대부분 수면 위를 이동했다; 그들은 주로 즉각적인 위협을 피하기 위해 잠수했다.그러나 냉전 기간 동안, 몇 달 동안 물에 잠길 수 있는 핵추진 잠수함이 개발되었다.핵전쟁이 발발하면 잠수함에 미사일 발사를 신속하게 지시해야 한다.이 잠수함들에게 메시지를 전달하는 것은 활발한 연구 영역이다.초저주파(VLF) 전파는 수백 피트(10~40 미터)의 바닷물에 침투할 수 있으며, 많은 해군은 잠수함 통신에 강력한 해안 VLF 송신기를 사용합니다.몇몇 국가들은 초저주파(ELF) 전파를 사용하는 송신기를 개발했는데, 이 송신기는 바닷물을 뚫고 잠수함에 도달할 수 있지만, 이것은 거대한 안테나를 필요로 한다.사용된 다른 기술로는 음파탐지기와 [1]청색 레이저가 있다.

음향 전송

주요 기사:수중 음향 통신

소리는 물속에서 멀리 전달되고, 수중 확성기와 하이드로폰은 상당한 간격을 메울 수 있다.미국(SOSUS)과 러시아 해군 모두 잠수함이 자주 다니는 해저에 음파 통신 장비를 설치하고 수중 통신 케이블로 육지에 연결시킨 것으로 보인다.잠수함이 이런 장치 근처에 숨으면 본부와 연락을 취할 수 있다.때때로 거트루드라고 불리는 수중 전화기도 잠수정과 통신하기 위해 사용된다.

초저주파수

VLF 전파(3~30kHz)는 수십 미터까지 바닷물을 투과할 수 있으며 얕은 수심의 잠수함은 이를 이용해 통신할 수 있다.더 깊은 배는 긴 케이블에 안테나가 장착된 부표를 사용할 수 있습니다.부표는 수면 아래 수 미터까지 올라가고 적의 음파탐지기와 레이더에 포착되지 않을 정도로 작을 수 있다.그러나 이러한 수심 요건은 잠수함을 짧은 수신 기간으로 제한하며, 대잠전 기술은 이러한 얕은 수심에서 잠수함이나 안테나 부이를 탐지할 수 있을 것이다.

자연 백그라운드 노이즈는 주파수가 감소함에 따라 증가하므로 이를 극복하기 위해서는 많은 복사 전력이 필요합니다.게다가 작은 안테나(파장 상대)는 본질적으로 비효율적입니다.이는 송신기 파워가 높고 평방 킬로미터에 이르는 매우 큰 안테나를 의미합니다.이것은 잠수함이 VLF를 송신하는 것을 방해하지만, 수신에는 비교적 단순한 안테나(일반적으로 긴 후행 와이어)로 충분할 것이다.즉, VLF는 육지에서 보트로 항상 일방통행입니다.쌍방향 통신이 필요한 경우 보트는 수면으로 더 가까이 올라가고 안테나 돛대를 들어 올려 높은 주파수(일반적으로 HF 이상)로 통신해야 합니다.

사용 가능한 대역폭이 좁기 때문에 음성 전송은 불가능하며 저속 데이터만 지원됩니다.VLF 데이터 전송 속도는 약 300비트/초이므로 데이터 압축이 필수적입니다.

일부 국가만이 자국 잠수함과 통신하기 위한 VLF 시설을 운영하고 있다.노르웨이, 미국, 러시아, 영국, 독일, 호주, 파키스탄, 인도.

초저주파수

1982년 위스콘신 ELF 시설의 미 해군 클램 호수 공중도.

ELF와 SLF 주파수 범위(3~300Hz)의 전자파는 바닷물을 수백 미터 깊이까지 침투시켜 작동 수심에 있는 잠수함에 신호를 보낼 수 있다.ELF 송신기는 믿을 수 없을 정도로 긴 파장에서 작동해야 하기 때문에 제작은 만만치 않은 과제입니다.미국 해군의 프로젝트 ELF 시스템은 코드명인 상긴 프로젝트(Project Sanguine)[2]로 제안된 더 큰 시스템의 변형으로, 소련/러시아 시스템(ZEVS라 불림)은 82 [3][4]헤르츠로 작동했다.후자는 3,656.0km의 파장에 대응합니다.그것은 지구 지름의 4분의 1이 넘는다.물론 일반적인 반파장 쌍극자 안테나는 실현가능하게 구축될 수 없습니다.

대신, 이러한 시설을 건설하고자 하는 사람은 접지 전도율이 매우 낮은 지역(일반적인 무선 송신기 사이트와 반대 조건)을 찾아 두 개의 거대한 전극을 다른 장소에 땅에 묻은 다음 기둥에 전선 형태로 중간에 있는 스테이션에서 그들에게 라인을 공급해야 한다.다른 분리도 가능하지만 무르만스크 근처에 있는 ZEVS 송신기가 사용하는 거리는 60km(37마일)입니다.접지 전도율이 낮기 때문에 전극 사이의 전류가 지구 깊숙이 침투하여 지구의 상당 부분을 안테나로 사용합니다.미시간 주 리퍼블릭의 안테나 길이는 약 52km(32mi)였습니다.안테나는 매우 비효율적이다.그것을 구동하기 위해서는 전용 발전소가 필요한 것 같습니다만, 방사선으로 방출되는 전력은 몇 와트에 불과합니다.그 송신은 거의 어디에서나 수신할 수 있다.78°S 167°W의 남극 관측소는 소련 해군이 ZEVS 안테나를 가동했을 때 [4]송신을 감지했다.

ELF 송신기 구축의 기술적 어려움으로 인해 ELF 통신 설비를 구축한 국가는 미국, 중국,[5] 러시아, 인도뿐입니다.2004년 9월 말 해체될 때까지, 후에 프로젝트 ELF 시스템(76Hz)으로 불리는 아메리칸 시퍼러는 위스콘신 클램 레이크(1977년 이후)와 미시간 공화국(1980년 이후)에 위치한 두 개의 안테나로 구성되었다.러시아 안테나(ZEVS, 82Hz)는 무르만스크 인근 콜라 반도에 설치되어 있습니다.그것은 1990년대 초에 서양에 의해 눈에 띄었다.인도 해군은 아리안트급 및 아쿨라급 잠수함과 교신하기 위해 인도 카타봄만 해군기지에 VLF 통신시설을 갖추고 있다.2012년부터 이 시설은 ELF [6][7][8]통신도 전송하도록 업그레이드되었습니다.반면 중국은 잠수함 부대가 수면 위로 [9]떠오를 필요 없이 교신하기 위해 최근 뉴욕시와 비슷한 크기의 세계 최대 규모의 ELF 시설을 건설했다.

ELF 전송

미군 ELF 전송에 사용되는 부호화에는 64개의 기호를 사용하여 리드-솔로몬 오류 수정 코드가 사용되었으며, 각각 매우 긴 의사 랜덤 시퀀스로 표현되었습니다.그 후 전체 전송이 암호화되었다.이러한 기술의 장점은 여러 개의 전송을 상호 연관시킴으로써 매우 낮은 신호 대 잡음비에서도 메시지를 완료할 수 있다는 것입니다.실제 메시지 문자를 나타내는 의사 랜덤시퀀스는 극소수뿐이기 때문에 메시지가 정상적으로 수신되었을 경우 메시지가 유효한 메시지일 가능성이 매우 높았습니다.미끄럼 방지).

통신 링크는 단방향입니다.어떤 잠수함도 자체 ELF 송신기를 탑재할 수 없었다. 왜냐하면 그러한 장치의 크기 때문이다.바다에 담그거나 항공기로 비행할 수 있는 송신기를 설계하려는 시도는 곧 포기되었다.

제한된 대역폭 때문에 정보는 분당 몇 글자 정도로 매우 느리게 전송됩니다(섀넌의 코딩 정리 참조).따라서 이는 미 해군이 다른 형태의 통신을 확립하기[10] 위한 지시를 내리는 데만 사용되었으며, 실제 메시지는 대부분 관련 [citation needed]당국과의 다른 형태의 양방향 통신을 확립하기 위한 일반적인 지시 또는 요청이었다고 가정하는[why?] 것이 타당하다.

표준 무선 테크놀로지

수면 위로 떠오른 잠수함은 일반적인 무선 통신을 사용할 수 있다.잠수함은 HF, VHF 및 UHF 범위의 해군 주파수를 사용할 수 있으며, 음성 및 텔레프린터 변조 기술을 통해 정보를 전송할 수 있다.가능한 경우 장거리 통신에는 전용 군사 통신 위성 시스템이 선호된다. 왜냐하면 HF가 잠수함의 위치를 배신할 수 있기 때문이다.미 해군의 시스템은 잠수함 위성 정보 교환 하위 시스템(SSIXS)이라고 불리며, 해군 UHF 위성 통신 시스템(UHF SATCOM)의 구성요소이다.

음향과 무선 송신의 조합

MIT 팀이 개발한 최신 기술은 수중 잠수함이 [11]비행기와 통신할 수 있도록 음향 신호와 레이더를 결합한다.수중송신기는 지표면 위쪽을 가리키는 음향스피커를 이용한다.송신기는 다채널 음성 신호를 보내 압력파로 이동합니다.이 파동이 지표면에 닿을 때, 그들은 작은 진동을 일으킨다.수면 위에서는 300GHz 범위의 레이더가 무선 신호를 수면 밖으로 연속적으로 튕깁니다.음향신호 덕분에 지표면이 약간 진동하면 레이더가 진동을 감지해 수중 스피커에서 공중 [12]수신기로 신호가 이동한다.이 기술은 음향 신호와 RF 신호 간의 변환을 사용하기 때문에 TARF(Translational Acoustic-RF) 통신이라고 불립니다.이 기술은 아직 걸음마 단계에 있으며 표면 파문이 약 200mm에 이르는 비교적 제어된 환경에서만 성공적으로 테스트되었으며, 파동이 클수록 데이터 통신이 제대로 이루어지지 않습니다.

수중 모뎀

2017년 4월, 나토의 해양 연구 실험 센터는[13] (모뎀과 팩스기가 아날로그 전화선을 [14]통해 그랬던 것처럼) 음향 음향을 사용하여 수중 디지털 정보를 전송하기 위한 표준화된 프로토콜인 JANUS의 승인을 발표했다.STANAG 4748에서 문서화되어 있으며 최대 28km(17mi)[15][16] 거리에서 900Hz~60kHz 주파수를 사용합니다.군사 및 민간, NATO 및 비NATO 장치와 함께 사용할 수 있습니다. 이 장치는 로마의 관문, 개방 등의 신을 따서 명명되었습니다.

청색 레이저

2009년 미군 보고서는 "위성에 사용하기에 충분한 전력 효율로 적절한 색상으로 작동하는 레이저가 없었기 때문에 심층 레이저 기반 시스템을 사용할 수 없었다"고 밝혔다.DARPA는 해저 레이저 통신을 심도 있게 하고 속도를 빠르게 할 수 있을 만큼 효율적인 청색 레이저를 목표로 노력하고 있다.최근에 실증된 레이저를 특수 광학 필터와 조합하여 다른 제안된 레이저 시스템보다 수천 배 우수한 신호 대 잡음비를 가진 통신 시스템의 핵심을 형성합니다.DARPA가 현실적 조건에서 이런 시스템을 입증할 수 있다면 잠수함의 통신과 운용 방식을 획기적으로 바꿔 대잠전 [1]등에서 임무 효과를 크게 높일 수 있을 것이라고 말했다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b "Defense Advanced Research Projects Agency Strategic Plan" (PDF). May 2009. p. 18. Archived (PDF) from the original on 21 January 2022. Retrieved 25 October 2021.
  2. ^ Carlos A. Altgeit (20 October 2005). "The World's Largest "Radio" Station" (PDF). Retrieved 1 September 2013.
  3. ^ "Extremely Low Frequency Transmitter Site Clam Lake, Wisconsin" (PDF). U.S. Navy. 8 April 2003. Retrieved 5 May 2017.
  4. ^ a b Trond Jacobsen. "ZEVS, The Russian 82 Hz ELF Transmitter".
  5. ^ "China's NYC-Sized 'Earthquake Warning System' Array Sounds More Like a Way to Talk to Submarines".
  6. ^ "Navy gets new facility to communicate with nuclear submarines prowling underwater". The Times of India. 31 July 2014.
  7. ^ "Janes Latest defence and security news".
  8. ^ "India to be second country to use ELF facility". The Hindu. Special Correspondent. 20 May 2017. ISSN 0971-751X. Retrieved 14 December 2019.{{cite news}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)
  9. ^ "China's NYC-Sized 'Earthquake Warning System' Array Sounds More Like a Way to Talk to Submarines".
  10. ^ Friedman, Norman (1997). The Naval Institute guide to world naval weapons systems, 1997-1998. New York: Naval Institute Press. pp. 41–42. ISBN 1-55750-268-4 – via Google Books.
  11. ^ Francesco Tonolini and Fadel Adib. "TARF, Wireless Communication from Underwater to the Air".
  12. ^ Michael Koziol (24 August 2018). "TARF, MIT Researchers Develop Seamless Underwater-to-Air Communication System".
  13. ^ "A new era of digital underwater communications". NATO. 27 April 2017.
  14. ^ "JANUS Community Wiki".
  15. ^ Brown, Eric (15 August 2017). "The Internet of Underwater Things: Open Source JANUS Standard for Undersea Communications". Linux.com. The Linux Foundation.
  16. ^ Nacini, Francesca (4 May 2017). "JANUS creates a new era for digital underwater communications". Robohub.

외부 링크