СПОСОБ СВЯЗИ С ПОДВОДНЫМИ ОБЪЕКТАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2022 года по МПК H04B1/00 

Изобретение относится к области передачи сигналов и может быть использовано для отправки внепланового (экстренного) сообщения на стратегический подводный объект с использованием беспилотного летательного аппарата или пилотируемых летательных средств.

На сегодняшний день вопросы передачи данных на подводные объекты остаются актуальными, так как реализация данного вида связи является сложнейшей технической задачей. Зачастую, для осуществления подводной электромагнитной связи необходимо использовать длинные и сверхдлинные волны, способные проникать через толщу воды. Используемые способы имеют определенные недостатки, основной причиной которых является сильное поглощение электромагнитных волн морской водой.

Известен способ двухсторонней связи с подводным объектом, в котором для приема и передачи сообщения с подводного объекта излучают акустическую волну в направлении заданного участка поверхности моря и в этот же тракт направляют информацию в виде модулированного сигнала электромагнитной волны, который принимает абонент в воздухе или через ретранслятор в воздухе на суше или на надводном объекте. При посылке сообщения на подводный объект используют способ электромагнитного облучения передающей антенной участка поверхности моря, озвученного акустической волной из глубины моря [патент RU №2134023, опубл. 27.07.99].

Недостатками вышеуказанного способа являются ограничение функциональных возможностей системы связи поиском и поддержанием электромагнитного контакта в зоне освещенности приемо-передающих антенн воздушного объекта на поверхности, озвученной акустической волной из глубины моря, а также низкая техническая надежность, обусловленная зависимостью работы системы от возмущенности водной поверхности и использования воздушных ретрансляторов.

Также известен способ связи объектов под водой, в котором формируют канал в жидкой среде посредством лазера и вдоль получившегося канала посылают информационный сигнал, в том числе и для двухсторонней связи [патент RU №2230436, опубл. 10.06.04].

Недостатками этого способа являются ограничение функциональных возможностей системы связи поиском и поддержанием электромагнитного контакта в ограниченной зоне при фиксировании относительно канала, а также применением электромагнитных волн оптического диапазона.

Известна буксируемая низкочастотная подводная система, в которой обнаружение и связь с подводным объектом обеспечивают передачей и приемом сверхдлинноволновых сигналов при работе буксируемой за надводным объектом протяженной поверхностной антенной решетки [заявка US №2004125701, опубл. 10.07.04].

Недостатками указанной выше системы являются ограничение функциональных возможностей системы связи из-за ограничений маневрирования надводного объекта, а также ограниченный диапазон используемых частот.

Известен способ связи с подводным объектом, в котором прием сверхдлинных радиоволн (на частоте 14-30 кгц) и сверхнизких частот (на частоте 76 Гц) осуществляют на буксируемую кабельную антенну шлейфового типа as-1554 brm (20), выпускаемую за корпус подводной лодки на длину 610 метров с подвсплытием за счет плавучести [И. Сутягин. Средства связи атомных подводных лодок типа «Лос-Анджелес» // Зарубежное военное обозрение, 1995, №9, с. 52-57].

Недостатками этого способа являются ограничение функциональных возможностей системы связи, связанное с практической неосуществимостью передачи сигнала непосредственно с подводного объекта из-за технической невозможности используемой антенны для излучения больших мощностей, а также низкая техническая надежность из-за ограниченной живучести кабельной антенны, которая может использоваться только в интервале определенных скоростей подводного объекта и при ограничении маневренности.

Основным недостатком приведенных выше аналогов является невозможность осуществления внеплановой связи вне установленного для коммуникации времени.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является подводная кабельная цифровая волоконно-оптическая система связи, содержащая два береговых оконечных пункта, между которыми по морскому дну проложен подводный магистральный кабель, через определенные длины включены оптические ретрансляторы, от них на коротких отрезках кабелей, на концах, закреплены плавающие подводные гидроакустические станции. На береговых оконечных пунктах системы установлены приемопередающие станции оптического диапазона, с помощью которых по оптическим волокнам кабеля передаются информационные сигналы. Дистанционное питание подводных оптических ретрансляторов и подводных гидроакустических станций осуществляется с береговых оконечных пунктов по медной трубке, являющейся элементом конструкции подводного оптического кабеля. В системе дополнительно установлены подводные линейные ответвители, содержащие каждый преобразователь цифрового сигнала в сигнал гидроакустической станции на передачу с усилителем этого сигнала, а также преобразователь сигнала гидроакустической станции в цифровой сигнал на приеме с усилителем этого сигнала, причем гидроакустические станции расположены внутри корпусов подводных усилителей и ответвителей, при этом для осуществления связи суда оснащены малогабаритными маломощными гидроакустическими станциями, опускаемыми с борта в воду на кабель-тросе с помощью лебедки до нужной глубины [Патент RU №2445733, опубл. 20.11.2011].

Основным недостатком прототипа является прокладывание по дну сотен и тысяч километров кабелей к гидрофонам, установленным в районах наиболее вероятного нахождения подводных объектов. Помимо того гидроакустические станции не способны охватить протяженность всего маршрута движения субмарин под водой, что не обеспечивает передачу информации в определенные моменты времени.

Технической задачей изобретения является организация внеплановой (экстренной) односторонней связи с подводными объектами, которая заключается в доставке передатчика сигнала как можно ближе к подводному судну с помощью летательного аппарата для повышения надежности доставки сообщения, что решает основную проблему прототипа, связанную с прокладыванием кабелей под водой.

Указанная техническая задача достигается тем, что используемый летательный аппарат, оборудованный передовыми технологиями маскировки с достаточной дальностью полета доставляет буй-ретранслятор сигнала к району предполагаемого местонахождения подводного объекта.

Предлагаемый авторами способ может быть реализован в двух вариантах. Информация может загружаться на буй-ретранслятор с помощью ретранслирующих устройств, позволяющих передать сигнал на большие расстояния, либо доставленный на поверхность моря буй-ретранслятор получает необходимую для передачи на подводный объект информацию заранее на пункте управления.

В первом случае способ включает применение лазерного канала передачи данных на доставленный к интервалу нахождения подводного объекта буй-ретранслятор с помощью космической группировки спутников. В этом случае перехват потенциальным противником информации, поступающей на буй, будет практически невозможным в силу физической природы (в частности, узкой направленности луча) лазерного атмосферного канала, указанные особенности которого, вместе с оценкой его защищенности, приводятся, например в [Л.А. Глущенко, К.К. Моргунов «Оценка защищенности информации в лазерных линиях связи» // http://sci-article.ru] и в [Л.А. Глущенко, К.К. Моргунов «Математическая модель оценки защищенности информации в лазерных линиях связи» Журнал университета водных коммуникаций 2012 г. №1, с. 103-108].

При отсутствии же возможности использования оптического атмосферного канала и подобной космической группировки данные могут быть загружены на буй заблаговременно. В таком случае необходимо исключить возможность обнаружения летательного аппарата, доставляющего буй-ретранслятор. Целесообразно отправить совместно с «летательным аппаратом-доставщиком буя» несколько других летательных аппаратов, совершающих отвлекающие маневры во избежание перехвата информации противником, а также обнаружения местоположения субмарины. Чем больше летательных средств будет привлечено для осуществления данной операции, тем ближе к нулю будет вероятность обнаружения буя ретранслятора и подводного объекта.

Графическое описание заявляемого авторами способа изображено на фиг. 1 и фиг. 2, а именно: на фиг. 1 - путь передачи сообщения; на фиг. 2 - совершение отвлекающих маневров летательными аппаратами.

На фиг. 1 изображена схема передачи данных на подводный объект, включающая в себя: командный пункт 1, группировку ретранслирующих космических спутников 2, осуществляющих лазерную передачу данных, буй-ретранслятор 3, подводный объект 4, летательный аппарат 5, доставляющий буй-ретранслятор.

На фиг. 2 изображена схема совершения отвлекающих маневров летательными аппаратами, содержащая: подводный объект 4; летательный аппарат 5, доставляющий буй-ретранслятор; летательные аппараты 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, имитирующие ложные действия; штриховой линией изображена траектория движения летательного аппарата, доставляющего буй; сплошной линией изображена траектория движения летательных аппаратов, имитирующих ложные действия.

Передатчиком сигнала под водой является буй-ретранслятор, созданный на базе известного устройства «Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах». Радиопередающий тракт и приемо-передающая радиоантенна дополнена приемником лазерного излучения, что позволяет использовать группировку космических спутников, использующих систему обмена данными по лазерному каналу, для получения сообщения буем-ретранслятором. Необходимо оснащение буя эхолокаторами для обнаружения локальных препятствий распространения сигнала. После получения информации буй тонет и занимает оптимальное положение по глубине (выше верхней точки подводного рельефа), чтобы распространению сигнала в выбранных направлениях не мешали особенности поверхности морского дна. Далее буй ретранслирует сигнал на подводный объект с помощью акустического гидрофона до тех пор, пока не получит подтверждение доставки информации на субмарину, после чего устройство самоуничтожается. На сегодняшний день устройство самоуничтожения буя известно и используется в изобретении «Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах». Передача сигнала на подводный объект осуществляется акустическим гидрофоном, установленном на буе. Для повышения вероятности получения информации субмариной можно задействовать несколько буев-ретрансляторов, закрепленных на одном или нескольких летательных аппаратах.

Используемый для реализации способа буй-ретранслятор может быть подвержен возможности выхода из строя находящейся в нем аппаратуры вследствие возникновения перегрузок в момент удара о воду при сбросе буя с летательного аппарата. Поэтому во избежание подобной аварийной ситуации при сбросе буя необходимо использовать устройство его спуска, например, лебедку с безопасной скоростью размотки. Высота полета летательного аппарата и длина размотки троса должны быть фиксированы в зависимости от высоты сброса буя с конца троса и могут быть рассчитаны с учетом скорости размотки по ГОСТ 28213 для определенного используемого в конструкции буя оборудования. Также во избежание преждевременного столкновения буя с водной поверхностью необходимо учитывать погодные условия, от которых зависит высота гребня морской волны, определяемая по шкале Бофорта.

Заявляемые авторами способы могут быть реализованы с помощью буя-ретранслятора сигнала; летательных аппаратов дальнего действия или других пилотируемых самолетов, оборудованных передовыми технологиями маскировки, доставляющих буй-ретранслятор к подводному объекту; космических аппаратов, осуществляющих лазерную передачу данных; гидроакустических приемных устройств, установленных на подводном объекте, что известно на сегодняшнем уровне развития техники.

Технический результат, достигаемый при реализации предложенного способа - возможность передачи экстренного сообщения в любой момент времени независимо от запланированного сеанса связи с подводным объектом. Также сводится к минимуму возможность перехвата информации при использовании лазерной передачи данных.

Общим признаком прототипа и заявляемого способа является использование гидроакустических излучателей для передачи сигнала на подводный объект через воду.

Отличительным признаком предложенного способа по первому варианту является доставка гидроакустического буя с использованием беспилотного летательного аппарата или пилотируемых летательных средств, при которой реализуется возможность передачи внепланового экстренного сообщения, а также снижается до минимума вероятность перехвата данных противником при передаче информации на буй-ретранслятор за счет использования оптического атмосферного канала для лазерной ретрансляции данных с помощью спутников.

Отличительным признаком предложенного способа по второму варианту помимо изложенных выше за исключением использования космической группировки спутников является заблаговременная загрузка информации на буй-ретранслятор.

В обоих случаях реализации способа могут быть использованы ложные цели (летательные аппараты) совершающие отвлекающие маневры для снижения вероятности обнаружения буя-ретранслятора.

Реализация способа возможна на базе узлов и агрегатов, серийно выпускаемых промышленностью.

Использование: изобретение может быть использовано при организации внеплановой (экстренной) односторонней связи с подводными объектами. Сущность: способ заключается в доставке беспилотным летательным аппаратом тонущего буя-ретранслятора сигнала к интервалу предполагаемого местонахождения подводного судна. Доставленный на поверхность моря буй-ретранслятор либо получает необходимую для передачи на подводный объект информацию заранее на пункте управления, либо информация загружается на буй-ретранслятор с помощью ретранслирующих устройств, позволяющих передать сигнал на большие расстояния. Задача реализуется с помощью летательного аппарата дальнего действия, оборудованного передовыми технологиями маскировки. Передатчиком сигнала под водой является буй-ретранслятор, созданный на базе известного устройства «Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах». Радиопередающий тракт и приемо-передающая радиоантенна дополнена приемником лазерного излучения, что позволяет использовать группировку космических спутников, использующих систему обмена данными по лазерному каналу, для получения сообщения буем-ретранслятором. На гидроакустическом буе дополнительно установлен эхолокатор для обнаружения локальных препятствий распространения сигнала. Передача сигнала на подводный объект осуществляется акустическим гидрофоном, установленном на буе. Технический результат: обеспечение возможности передачи экстренного сообщения в любой момент времени независимо от запланированного сеанса связи с подводным объектом. Также сводится к минимуму возможность перехвата информации при использовании лазерной передачи данных. 2 ил.

Способ осуществления внеплановой экстренной односторонней связи с подводными объектами, отличающийся тем, что используется летательный аппарат, который доставляет буй ретранслятор сигнала к району нахождения подводного объекта, после чего буй-ретранслятор получает информацию по лазерному атмосферному каналу с командного пункта через ретранслирующую космическую группировку спутников, получив информацию, преобразует ее для гидроакустической ретрансляции, погружается на заданную глубину, после чего ретранслирует через гидрофоны акустический сигнал на подводный объект, получает сообщение о доставке и формирует команду на самоуничтожение, после чего самоликвидируется.