Phần đầu tiên của bài viết đưa ra tầm quan trọng của việc phát triển các phương tiện thông tin liên lạc cho tàu ngầm, như một trong những điều kiện chính để tương tác tác chiến thành công giữa các lực lượng tác chiến trên biển và đại dương.
Đặc biệt, tác giả đã trình bày chi tiết về các phương tiện liên lạc vô tuyến, vệ tinh và âm thanh dưới nước. Trong phần thứ hai cũng là phần cuối, mô tả về phương tiện liên lạc âm thanh dưới nước sẽ được tiếp tục và chủ đề liên lạc quang học sẽ được tiết lộ.
Trong những năm gần đây, một trong những lĩnh vực ưu tiên để phát triển thông tin liên lạc âm thanh dưới nước (SUS) là cải tiến các công cụ SAS kỹ thuật số, chủ yếu theo hướng chuẩn hóa các giao thức truyền thông ở tất cả các cấp của OSI (Kết nối hệ thống mở, 7 cấp độ mô hình mạng cho sự tương tác của các hệ thống mở).
Việc sử dụng các mạng và công cụ có kiến trúc mở mang đến những cơ hội tuyệt vời để tích hợp thông tin thủy âm, thủy văn và các dữ liệu khác nhận được qua các kênh EPS. Nó cũng đơn giản hóa và giảm chi phí cài đặt, thay thế và cho phép một cách tiếp cận thống nhất đối với an ninh mạng.
Tiêu chuẩn chung đầu tiên cho các quốc gia NATO
Tiêu chuẩn chung đầu tiên cho các quốc gia Tổ chức Hiệp ước Bắc Đại Tây Dương (NATO) trong lĩnh vực này là giao thức Janus (JANUS hoặc STANAG 4748), có thể được sử dụng để liên lạc với tàu ngầm khẩn cấp, cũng như trong hệ thống nhận dạng tự động (AIS) hoặc để trao đổi SMS / trò chuyện tin nhắn.
Để tạo ra giao thức này, một dự án chung của RACUN - Truyền thông âm thanh mạnh mẽ trong mạng dưới nước đã được phát triển, trong đó Đức, Italy, Na Uy, Thụy Điển và Hà Lan đã tham gia từ năm 2010 đến 2014 dưới sự giám sát chung của cơ quan quốc phòng châu Âu (EDA) .
Việc thực hiện nó đã được chứng minh trên ví dụ về mạng lưới liên lạc với tàu ngầm được triển khai ở vùng biển trên diện tích 4,5 × 1,5 dặm và bao gồm thông tin liên lạc cố định, đèn hiệu vô tuyến, cổng, tàu nổi và phương tiện tự động dưới nước. Trong các kịch bản điển hình cho hành động bom mìn và trinh sát, thời gian truyền tin nhắn trung bình dưới 2 phút với xác suất gửi thành công là 70-90%.
Đối với các thử nghiệm được tiến hành vào tháng 5/2018 và tháng 11/2019, các bộ thiết bị UT-3000 với bộ chuyển đổi tin nhắn được kết nối theo yêu cầu của chương trình Janus đã được lắp đặt trên tàu ngầm Arpeo và Tridente của Hải quân Bồ Đào Nha thuộc dự án 214 do Đức chế tạo.
Trong quá trình thử nghiệm, các tin nhắn văn bản được gửi từ chúng ở định dạng tương ứng với giao thức đã được nhận bởi thiết bị của Trung tâm Hàng hải (La Spezia, Italia) được lắp đặt trên các nền tảng nổi. Phạm vi truyền thông tin văn bản trong trường hợp này đạt tới 10 km và hình ảnh kỹ thuật số - vài chục mét.
Các kết quả được hiển thị đã xác nhận khả năng tương thích hoàn toàn của các loại thiết bị khác nhau ở cấp độ ứng dụng phần mềm (cấp độ giao thức mạng thứ bảy, cao nhất của mô hình hệ thống mở OSI).
Để thực hiện quy trình xác định tàu ngầm "bạn hay thù" (tương tự như quy trình được sử dụng trong ngành hàng không), một STANAG 1481 tiêu chuẩn NATO duy nhất đã được sử dụng, cho phép xác định quốc tịch của máy bay, tàu sân bay dưới nước và mặt nước. Chức năng của nó đã được trình diễn tại triển lãm công nghiệp MAST-2019 ở Copenhagen.
Dữ liệu thu được trong quá trình triển khai dự án Rakan đã được tính đến trong chương trình Salsa (SALSA - Mạng âm thanh tầm ngắn và dài thích ứng thông minh), được thực hiện trong giai đoạn từ 2016 đến 2019.
Đây là một mạng liên lạc âm thanh dưới nước có thể thích ứng được thiết kế cho hải quân của năm quốc gia: Hà Lan, Na Uy, Đức, Thụy Điển và Phần Lan. Khi sắp xếp trao đổi dữ liệu qua EPS này, các tham số chi tiết về chế độ truyền nhận của nhiều người dùng khác nhau trong các điều kiện môi trường cụ thể được tối ưu hóa, cho phép tự động chuyển sang các giao thức mạng cấp cao hơn.
Bộ thiết bị UT-3000 với mô-đun mạng Salsa tích hợp, được lắp đặt trên tàu nổi (NS) hoặc tàu ngầm, có thể hoạt động như một trung tâm liên lạc hoàn toàn tương thích với nhiều nền tảng khác nhau - AUV, cổng vô tuyến và thiết bị neo đậu ở lớp dưới cùng.
Một mạng lưới như vậy làm tăng hiệu quả của các hành động trong việc giải quyết các nhiệm vụ phòng thủ chống ngầm, trinh sát và giám sát, cũng như phân tích hoạt động về trạng thái thủy văn biển trong các môi trường hoạt động.
Sự tiếp nối của dự án Salsa là dự án Swarms (SWARMs) - việc sử dụng chung các nhóm phương tiện tự động dưới nước để khảo sát bề mặt đáy, tạo ra một bức chân dung âm thanh của một vùng biển và tiến hành các hoạt động khác bằng cách sử dụng liên lạc âm thanh an toàn, trong đó khoảng 30 các công ty từ 10 quốc gia đã tham gia.
Công ty Thales của Pháp cung cấp một bộ thiết bị điện thoại dưới nước đơn giản theo chỉ số TUUM-4, giúp chuyển đổi tín hiệu thoại thành tín hiệu âm thanh được truyền trong dải tần 1,45–50 kHz, với chuyển đổi ngược lại ở phía nhận.
Để liên lạc khẩn cấp từ tàu ngầm, một bộ TUUM5 tự động di động đã được tạo ra với ba kênh liên lạc ở khoảng cách lên tới 7 km, cũng như biến thể TUUM6 được tối ưu hóa để trao đổi dữ liệu kỹ thuật số (ngoài giọng nói) bằng modem âm thanh hoạt động ở tốc độ truyền 100, 250 và 500 baud.
Công ty "Atlas Electronics" của Đức đã phát triển khái niệm mạng liên lạc âm thanh một chiều được tích hợp vào hệ thống thủy âm của tàu ngầm. Nó cho phép sử dụng thiết bị trên tàu của trạm thủy âm (GAS) để nhận tín hiệu âm thanh ở khoảng cách lên tới vài chục km, trong đó dữ liệu tình hình chiến thuật, dữ liệu thủy văn và khí tượng, cũng như tin nhắn văn bản có thể được ghi lại ở dạng kỹ thuật số được mã hóa.
Để nhận tín hiệu liên lạc âm thanh từ một vật thể dưới nước khác, không cần thiết bị bổ sung, chỉ cần bổ sung phần mềm của tổ hợp thủy âm tàu ngầm với các chương trình xử lý và giải mã được phát triển theo giao thức Janus là đủ.
Các cuộc thử nghiệm thành công trên biển của mô-đun phần mềm nguyên mẫu trong Dự án Rakan đã được tiến hành vào năm 2014 tại Vịnh La Spezia dưới sự lãnh đạo của Trung tâm Thử nghiệm và Nghiên cứu Công nghệ Hàng hải của Đức và NATO.
Công ty "Atlas Electronics" tiếp tục làm việc để tạo ra một mạng liên lạc thống nhất trên các nhà hát hàng hải dựa trên sự tích hợp của các mạng phòng không sử dụng đèn hiệu vô tuyến loại Gateway và modem UT-3000 với hệ thống chống ngầm NK.
Để cải thiện chất lượng của giao tiếp âm thanh, các phương pháp phần mềm khác nhau được sử dụng, chẳng hạn như ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM), nhờ đó có thể tăng tốc độ truyền dữ liệu mà không cần sử dụng bộ lọc cân bằng. Tuy nhiên, do hiệu ứng Doppler, chất lượng giao tiếp với các đối tượng chuyển động có thể giảm đến mức mất chất lượng.
Ngoài ra, chế độ vận hành phụ thuộc vào khu vực đặt nó, vì vậy cài đặt thiết bị cho vùng ven biển có thể không hoạt động ở vùng biển sâu và ngược lại.
Hầu hết các modem âm thanh trong mạng GPS hoạt động ở chế độ bán song công do hai người dùng không thể truyền tín hiệu đồng thời và do các tham số của họ không chắc chắn nên cấu trúc liên kết "sao" với nút giao tiếp trung tâm được sử dụng.
Mức độ suy giảm của tín hiệu âm thanh tỷ lệ thuận với tần số, nghĩa là khi tần số tăng, phạm vi liên lạc giảm, nhưng tốc độ truyền tăng, do đó, trong mỗi trường hợp, tìm kiếm sự thỏa hiệp giữa các tham số của tốc độ truyền dữ liệu và phạm vi giao tiếp.
Điều này cho phép bạn gửi lệnh và tin nhắn đến các vật thể dưới nước, bao gồm cả phương tiện cố định dưới nước và phương tiện tự hành dưới nước, nhưng điều này là không đủ để trao đổi thông tin video.
Để tiết kiệm năng lượng của modem được lắp đặt trên phương tiện tự hành dưới nước không có người ở (AUV), trong trường hợp không nhận và truyền dữ liệu, quá trình chuyển đổi sang chế độ "ngủ" được cung cấp.
Phương tiện thông tin quang
Nhược điểm chính của phương pháp liên lạc bằng âm thanh là tốc độ truyền dữ liệu hạn chế. Điều này đã kích thích sự phát triển của thông tin liên lạc quang học dưới nước (POC), với công suất thấp, cung cấp khả năng trao đổi dữ liệu tốc độ cao trong khoảng cách ngắn.
Ưu điểm của POS là không có ăng-ten kéo làm giảm hiệu suất lái của tàu ngầm, hoặc ăng-ten có thể thu vào do máy bay hoặc tàu nổi phát hiện. Một mạng dựa trên đèn LED xanh lam/xanh lá cây hoặc đi-ốt laze có thể là một phương thức liên lạc thay thế, trong đó một cảm biến quang đặt ở phía nhận được điều chỉnh theo một bước sóng nhất định và có thể lọc tín hiệu do tàu ngầm truyền đi khỏi ánh sáng mặt trời xuyên qua.
Trước hết, một hệ thống như vậy sẽ được yêu cầu khi truyền một lượng lớn dữ liệu trong khoảng cách vài trăm mét giữa các thuê bao dưới nước và trên mặt đất với tốc độ truyền dữ liệu lên tới vài Gbps.
Những trở ngại chính là mức độ nhiễu loạn môi trường cao, đặc biệt là ở khu vực ven biển và ô nhiễm nước với các hạt thực vật và vi sinh vật, cũng như ánh sáng mặt trời.
Để đánh giá các đặc điểm của một mạng như vậy, trung tâm nghiên cứu công nghệ hàng hải của Bộ Quốc phòng Đức đã tiến hành các cuộc thử nghiệm vào tháng 10 năm 2017 ở phía tây của Biển Baltic.
Đối với điều này, một tia laser có bước sóng 532nm và modem quang đã được chọn, được kết nối với bus dữ liệu của tiêu chuẩn Ethernet (cả hai thiết bị đều do Henzoldt, Oberkochen sản xuất).
Tốc độ truyền dữ liệu được giới hạn ở 100 Mbps, vì mục tiêu chính là kiểm tra việc truyền thông tin đáng tin cậy không bị gián đoạn. Trong điều kiện nhiễu loạn được tạo ra nhân tạo ở độ sâu 6 m, 120 Mb thông tin đã được truyền thành công ở chế độ kênh đôi với tốc độ trung bình là 13 Mb/giây.
Năm 2018, công ty BlueComm của Anh đã giới thiệu một hệ thống liên lạc quang âm hoạt động trong vùng quang phổ màu xanh lam (450nm), tốc độ trao đổi dữ liệu đạt hơn 500 Mbps. Đồng thời, để truyền 1 GB thông tin ở khoảng cách 150 m, năng lượng của một pin cỡ D. Bộ phát bao gồm một dãy đi-ốt phát quang, bộ thu làm bằng điốt quang, thông tin từ được gửi qua bus Ethernet đến thiết bị điều khiển.
Việc sửa đổi hệ thống Bluecomm-5000 sử dụng hai nguồn laser tạo thành kênh liên lạc song công với tốc độ truyền lên tới 500 Mbps và có thể được lắp đặt trên tàu ngầm hoặc AUV. Những phát triển tương tự cũng đang được tiến hành ở các nước khác (Canada, Phần Lan và các nước khác).
Trên cơ sở các thiết bị laser, có thể thực hiện dự án mạng quang-âm lai, đảm bảo hoạt động chung của các nhóm phương tiện tự hành dưới nước và chuyển tiếp dữ liệu nhận được từ chúng đến các trung tâm ven biển và tàu nổi.
Họ sử dụng các ưu điểm của cả hai phương pháp, cụ thể là: ở khoảng cách ngắn có trao đổi dữ liệu tốc độ cao qua kênh liên lạc quang học; trên một cái lớn - một modem âm thanh được kích hoạt và phương thức truyền được mạng tự động chọn. Ngoài ra, có thể kết hợp mạng vô tuyến và mạng quang.
Ở một số quốc gia, nghiên cứu cũng đang được tiến hành về khả năng của các phương tiện thông tin liên lạc sử dụng thuộc tính cảm ứng từ.
Dựa trên những điều trên, trong các mạng liên lạc tiên tiến của tàu ngầm, có thể áp dụng cách tiếp cận tích hợp để sử dụng các phương thức liên lạc khác nhau, dựa trên các điều kiện của tình huống, loại phương tiện liên lạc của cả hai bên và đáp ứng các yêu cầu đối với khả năng chống nhiễu, độ tin cậy, phạm vi và tốc độ truyền dữ liệu đồng thời tuân thủ mức độ an ninh mạng cần thiết. Cấu trúc này tương tự như điện thoại di động, có các mô-đun giao tiếp 4G, WiFi, Bluetooth và NFC (Kết nối trường gần) được sử dụng để giải quyết các vấn đề khác nhau.
Do đó, hoạt động nghiên cứu và phát triển tích cực đang được thực hiện ở nước ngoài trong lĩnh vực giới thiệu công nghệ cải tiến các phương tiện liên lạc hiện có với tàu ngầm và tạo ra các phương tiện mới có đặc tính cao đảm bảo đủ hiệu quả cho hoạt động chiến đấu của các tàu ngầm hiện đại và đầy triển vọng như một phần của hình thành, chức năng của chúng trong một không gian thông tin và truyền thông duy nhất.
Hạ Thảo (lược dịch)
Hotline: 0916118822
.svg){kind=icon}
