現(xiàn)在，林肯實(shí)驗(yàn)室的研究人員正致力于將激光激光技術(shù)應(yīng)用于水下通信，從而再次開辟新的領(lǐng)域。“我們的水下工作和LLCD都利用非常狹窄的激光束為合作終端提供必要的能量，以實(shí)現(xiàn)高速率通信，”Stephen Conrad說，他是控制和自主系統(tǒng)工程小組的一名工作人員，他為LLCD開發(fā)了指向、獲取和跟蹤(PAT)算法。“在使用窄波束技術(shù)方面，海底作業(yè)和LLCD有很多相似之處。”
然而，水下激光通信(lasercom)提出了自己的一系列挑戰(zhàn)。在海洋中，激光束受到顯著的吸收和散射的阻礙，這限制了光束的傳播距離和數(shù)據(jù)信號(hào)速率。為了解決這些問題，實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)窄束光通信，利用一艘水下航行器發(fā)出的光束精確地指向另一艘水下航行器的接收終端。
這種技術(shù)與更為常見的水下通信方法形成對(duì)比，后者將發(fā)射波束發(fā)送到廣角，但降低了可實(shí)現(xiàn)的范圍和數(shù)據(jù)速率。“通過展示,我們可以成功地獲取和跟蹤兩個(gè)移動(dòng)車輛之間的狹窄的光束,我們邁出了重要的一步證明實(shí)驗(yàn)室的可行性的方法實(shí)現(xiàn)海底通信是現(xiàn)代方法比其他更有效的10000倍,”斯科特·漢密爾頓說,光通信技術(shù)集團(tuán)的領(lǐng)導(dǎo)人,這是這個(gè)研發(fā)到海底通信指揮。
大多數(shù)地面自主系統(tǒng)依靠GPS定位和定時(shí)數(shù)據(jù);然而，由于GPS信號(hào)不能穿透水面，水下車輛必須找到其他方法來獲取這些重要數(shù)據(jù)。“水下飛行器依靠大型昂貴的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)來計(jì)算位置，該系統(tǒng)結(jié)合了加速度計(jì)、陀螺儀和羅盤數(shù)據(jù)，以及其他可用的數(shù)據(jù)流，”研究小組的Thomas Howe說。“位置計(jì)算對(duì)噪音很敏感，當(dāng)車輛在水下停留很長一段時(shí)間時(shí)，它可以迅速累積數(shù)百米的誤差。”
這種位置的不確定性使海底終端難以定位和建立與入射窄光束的連接。出于這個(gè)原因,“我們收購實(shí)現(xiàn)掃描功能,用于快速轉(zhuǎn)換梁對(duì)不確定的地區(qū),這樣的同伴終端能夠探測(cè)光束并積極鎖定保持集中在激光通信終端的采集和通訊探測(cè)器,”研究員尼古拉斯·哈迪解釋道。使用這種方法，兩輛汽車可以定位，跟蹤，并有效地建立一個(gè)環(huán)節(jié)，盡管每個(gè)車輛的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)水下。
一旦兩個(gè)激光通信終端相互鎖定并通信，通過在通信波形中使用寬帶信令特性，就可以非常精確地確定兩個(gè)車輛之間的相對(duì)位置。豪解釋說，用這種方法，車輛之間的相對(duì)方位和距離可以精確地知道，在幾厘米以內(nèi)。為了測(cè)試他們的水下光通信能力，研究小組的6名成員最近在馬薩諸塞州列克星敦市的波士頓體育俱樂部游泳池完成了一項(xiàng)精確光束指向和兩輛移動(dòng)車輛之間快速采集的演示。他們的測(cè)試證明，兩艘水下潛水器可以在一秒內(nèi)搜索并定位對(duì)方。一旦連接起來，這些車輛就有可能利用它們已建立的連接在一個(gè)會(huì)話中傳輸數(shù)百千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。
今年夏天，研究小組將前往區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)，向美國海軍利益相關(guān)者展示這種新型光通信能力。其中一個(gè)演示將涉及兩輛汽車在海洋環(huán)境中的水下通信——類似于2016年實(shí)驗(yàn)室在羅德島新港海軍水下作戰(zhàn)中心進(jìn)行的測(cè)試。研究小組正在計(jì)劃進(jìn)行第二次演習(xí)，以演示從水面到水下飛行器的通信——這一提議此前被證明幾乎是不可能的。
海底通信工作可以利用實(shí)驗(yàn)室其他小組進(jìn)行的創(chuàng)新工作。例如，集成的藍(lán)綠光電技術(shù)，包括氮化鎵激光陣列和硅蓋格雪崩光電二極管陣列技術(shù)，可以降低尺寸、重量和功率終端的實(shí)現(xiàn)，并增強(qiáng)通信功能。此外，在從渾濁水域的數(shù)十米到清澈海水的數(shù)百米的距離內(nèi)，以每秒兆位到每秒千兆的速度傳輸數(shù)據(jù)的能力將使海底系統(tǒng)應(yīng)用成為實(shí)驗(yàn)室正在探索的領(lǐng)域。在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前和之后都對(duì)水下飛行器做了大量的工作，他說團(tuán)隊(duì)的工作可以改變水下通信和操作。“高速率、可靠的通信可能徹底改變水下航行器的操作，并從目前的操作方法中消除許多不確定性和壓力。”
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