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  技术动态    
美国应用物理实验室成功验证高带宽、自由空间光学通信系统
作者:cmh        来源:国防科技信息网 
日期:2017-09-25    阅读次数:108
副标题:

        据 许文琪 报道,物理学组织网站 2017年8月28日讯,约翰-霍普金斯大学应用物理实验室研究人员成功验证两艘移动船舶间的高带宽、自由空间光学通信系统,证明了自由空间光学技术在海洋环境中的作战效用。     
        应用物理实验室是第一个成功运行这个高容量光学通信能力的组织——高达每秒 10 吉比特——在海上或具有挑战性的近岸环境中。     
        我们展示的带宽比海军舰艇上的所有当前射频通信能力高出几个数量级,与此前演示的用于海事应用的自由空间光学技术相比,本次工作的作用范围更远。这相当于2000个用户同时观看跨越光链路的高清视频流。     
        2017年,应用物理实验室在三叉戟战士演习中展示了其最新紧凑型因子系统,每年都会有水手尝试海军作战系统的最新创新,并向指挥官和开发人员提供有关这些系统的反馈。     
        保持联系     
        海军船舶通常使用射频系统进行通信——但是由于技术、操作或环境方面原因,海军无法使用无线电传输。海军平台越来越需要在降低射频或发射控制条件的同时有效作战,同时保持其战术优势和态势感知。     
        传统射频和微波通信     
        自由空间光学通信系统——利用无线传输以高比特速率传送光学数据信号——通过在常规射频频谱之外提供安全的高数据速率,为传统的射频和微波通信提供令人信服的辅助通信能力。     
        虽然存在商业自由空间光学通信系统,但是通常无法解决国防需求,尤其在高度闪烁的地球环境(特别是靠近水域)的情况下,对系统移动性、链路范围和数据速率方面的需求。此前为陆地国防应用制作的自由空间光学演示系统太大,其移动性、数据速率或作用范围无法满足海上平台实用性需求。     
        在陆地和海洋     
        应用物理实验室克服了许多挑战。第一个星期的测试是船舶驶向对岸,从摩托艇 Merlin 离开位于圣地亚哥海岸的海军基地洛马,到达第三舰队总部停泊点。该团队实现了超过 14 小时的连接时间,包括4至6英尺公海;在作用范围大于 25 公里的条件下,实现 1   到 2 吉比特的无差错数据传输;语音通信超过 35 公里;聊天消息传出 45 公里,最大可用视线;并在整个视线范围内可重复、 半自动重建。     
        此外,第一周,美国第三舰队司令 Nora Tyson 副总理参观了陆上测试场,船上小组通过光链路向司令汇报情况——三星级海军首次在光链路上举行视频电话会议。     
        两周的测试期间,正好是圣地亚哥 “June Gloom” 天气,因而为应用物理实验室团队提供了充足机会表明自由空间光学技术甚至可以在一定程度的雾和阴霾中运行。虽然存在雾层,但该技术实现了超过 10 公里的连接,尽管有时可见度降低到 2 至 3 公里。     
        第二周测试期间,第二套硬件安装在海上猎手号——由国防高级研究计划局和海军研究办公室开发的反潜持续跟踪无人艇。除了应用物理实验室团队演示团队之外,海上猎手号还暂时由六人太空和海军作战指挥部人员负责。    
        两艘船舶之间的多链路是在 3 至 5 英尺范围内实现的,作用距离超过 10 公里,反潜持续跟踪无人艇海上猎手号的行驶速度为 24 节,摩托艇 Merlin 行驶速度为 12 节,二者以 “V” 形式运行,使船舶迅速分离,同时以不同速度和动作保持联系。自由空间光学设备经历了大量的海上喷雾,无处不在的圣地亚哥海洋层雾对船与船间的联系提出了附加挑战。尽管如此,两艘船舶间链路的首次数据传输速率高达 7.5  吉比特。     
        Game-Changing Technology     
        应用物理实验室紧凑、移动自由空间光学技术验证系统是自由空间光学领域十几年实验室成就的顶点。     
        应用物理实验室领导了非常成功的DARPA自由空间光学实验网络实验 (FOENEX) ,现场测试高带宽通信系统,将自由空间光学技术和射频技术集成到网状机载网络中。 在“自由空间光学实验网络实验”项目之后,研究人员决定投资开发一个系统,证明紧凑自由空间光学系统,可以在极具挑战性的海军环境中运行。正如应用物理实验室在 2017 年三叉戟战士演习所证实的那样, 自由空间光学技术终于成为美国海军平台上可行的非射频通信技术。     
        应用物理实验室空中和导弹防御部门主管麦克-怀特说: “ 激光通信系统打开了各种潜在应用的可能性。我们期待与赞助商、战斗人员合作,进一步开发这种改变游戏规则的技术。”
    

    
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