Uma equipe de engenheiros do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins (APL), em Laurel, Maryland, demonstrou com sucesso uma largura de banda alta, sistema de comunicações ópticas de espaço livre (FSO) entre duas naves em movimento, comprovando a utilidade operacional da tecnologia FSO no ambiente marítimo.

Juan Juarez, o líder técnico da equipe de desenvolvimento da tecnologia, disse que a APL é a primeira organização a operar com sucesso essa capacidade de comunicações ópticas de alta capacidade - até 10 gigabits por segundo - em movimento, a bordo de navios no mar, e em ambientes desafiadores próximos à costa.

"Demonstramos larguras de banda que eram várias ordens de magnitude maiores do que toda a capacidade de comunicação de radiofrequência [RF] atual em navios da Marinha, e em intervalos mais longos do que a tecnologia FSO anteriormente demonstrada para aplicações marítimas, "Juarez disse." Isso é o equivalente a ter até 2, 000 usuários assistindo simultaneamente a streams de vídeo de alta definição através do link óptico. "

O laboratório demonstrou seu mais recente sistema de fator de forma compacto no exercício Trident Warrior de 2017, um evento anual onde os marinheiros experimentam as mais recentes inovações em sistemas de guerra naval e fornecem feedback sobre esses sistemas para comandantes e desenvolvedores.

Mantendo contato

Os navios da Marinha normalmente usam sistemas de RF para se comunicar, mas a Marinha também procura meios alternativos de comunicação no caso, para técnico, razões operacionais ou ambientais, a transmissão de rádio não está disponível. "As plataformas navais precisam cada vez mais operar de forma eficaz em condições de RF reduzida ou de controle de emissão, mantendo sua vantagem tática e consciência situacional, "observou Juarez.

Os sistemas de comunicação óptica de espaço livre - que fazem uso de transmissão sem fio para fornecer sinais de dados ópticos em altas taxas de bits - oferecem uma capacidade de comunicação auxiliar atraente para comunicações de RF e microondas convencionais, fornecendo altas taxas de dados seguras fora do espectro de RF convencional.

Existem sistemas FSO comerciais, mas normalmente não atendem às necessidades de defesa, Juarez disse, "especificamente em termos de mobilidade do sistema, intervalo de links, e taxa de dados durante a operação no ambiente terrestre altamente cintilado, especialmente perto da água. "Os sistemas de demonstração FSO construídos anteriormente para aplicações de defesa terrestre eram muito grandes, ou não tinha mobilidade, taxas de dados, ou intervalos para serem práticos em plataformas navais.

Sobre a terra e o mar

O sistema da APL supera muitos desses desafios. A primeira semana de testes foi do navio para a costa, do navio a motor (M / V) Merlin ao largo da costa da Base Naval Point Loma, San Diego, para o estacionamento da 3ª Sede da Frota. A equipe alcançou mais de 14 horas de tempo de link-up, incluindo em alto mar de 1 a 2 metros; 1–2 gigabits de transporte de dados sem erros em faixas maiores que 25 quilômetros; comunicações de voz a mais de 35 quilômetros; mensagens de bate-papo a 45 quilômetros, a linha de visão máxima disponível; e repetível, reaquisições semiautomáticas em toda a linha de visão.

Também durante a primeira semana, Vice-almirante Nora Tyson, comandante da 3ª Frota dos EUA, visitou o local de teste em terra e foi informado pela equipe do navio por meio do link óptico - a primeira vez que um almirante de três estrelas realizou uma videoconferência por meio de um link óptico.

"As condições climáticas durante as duas semanas de teste foram típicas do 'June Gloom' de San Diego e deram à equipe APL muitas oportunidades para mostrar que nossa tecnologia FSO pode operar mesmo em alguns níveis de neblina e neblina, "Disse Juarez." Enquanto a camada de névoa estava presente, links de mais de 10 quilômetros foram alcançados, embora a visibilidade às vezes fosse reduzida para 2-3 quilômetros. "

Durante a segunda semana de testes, o segundo conjunto de hardware foi instalado a bordo do Sea Hunter, uma embarcação autônoma de trilha contínua não tripulada (ACTUV) desenvolvida pela Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) e o Office of Naval Research. O Sea Hunter foi temporariamente tripulado por uma tripulação do Comando de Guerra Espacial e Naval de seis pessoas, além da equipe de teste do APL para esta demonstração.

Múltiplos links entre os dois navios foram alcançados em ondas de 3 a 5 pés, mais de 10 quilômetros de alcance, com ACTUV Sea Hunter indo para 24 nós e M / V Merlin indo para 12 nós em uma formação "V" que permitiu que os navios se separassem rapidamente um do outro, enquanto mantém os links em velocidades e movimentos variados.

"Apesar dos mares em que os dois navios balançavam com as ondas, o link permaneceu sólido, "Disse Juarez. O equipamento do FSO sofreu uma quantidade significativa de borrifos do mar, e a onipresente névoa da camada marinha de San Diego acrescentou um desafio adicional às ligações navio-navio. Apesar disso, Taxas de dados pela primeira vez de até 7,5 gigabits foram alcançadas em um link entre duas embarcações.

Tecnologia para mudar o jogo

Compacto do APL, O sistema de demonstração móvel FSO é o culminar de mais de uma década de realizações de Laboratório no campo da óptica do espaço livre.

A APL liderou o experimento de rede experimental óptica de espaço livre da DARPA (FOENEX) para testar em campo sistemas de comunicação de alta largura de banda, integração do FSO e da tecnologia de radiofrequência em uma rede mesh aerotransportada. “Depois da FOENEX decidimos investir no desenvolvimento de um sistema para provar que um compacto, sistema óptico de espaço livre pode operar no ambiente naval altamente desafiador, "Disse Juarez." Como o APL provou no Trident Warrior 2017, A tecnologia FSO é finalmente viável, tecnologia de comunicação não RF para plataformas da Marinha dos EUA. "

"O desempenho demonstrado dos sistemas de comunicação a laser da APL abre várias aplicações potenciais, "disse o chefe do setor de defesa aérea e mísseis da APL, Mike White." Estamos ansiosos para trabalhar com patrocinadores e combatentes para desenvolver ainda mais essa tecnologia revolucionária. "