Способ двухсторонней дальней радиосвязи с подводным объектом



Способ двухсторонней дальней радиосвязи с подводным объектом
Способ двухсторонней дальней радиосвязи с подводным объектом
Способ двухсторонней дальней радиосвязи с подводным объектом
Способ двухсторонней дальней радиосвязи с подводным объектом
Способ двухсторонней дальней радиосвязи с подводным объектом

Владельцы патента RU 2666904:

Исамидинов Алишер Нишанович (RU)
Власкин Сергей Вячеславович (RU)
Васин Олег Иванович (RU)
Петросян Вольдемар Иванович (RU)
Дубовицкий Сергей Александрович (RU)

Изобретение относится к дальней радиосвязи и может быть использовано при организации двухсторонней связи и навигации без всплытия погруженного в водную среду объекта, например, подводной лодки, с подводным, надводным, наземным, воздушным объектами и космическими аппаратами, в том числе при покрытии водной поверхности льдами. Технический результат состоит в усовершенствовании способа двусторонней дальней радиосвязи подводного объекта с подводными, надводными, наземными, воздушными и космическими объектами, снижении мощности излучаемых радиоволн, увеличении информативности и скрытности радиосвязи. Для этого в способе двухсторонней дальней радиосвязи с подводным объектом подводных, надводных, наземных, воздушных объектов и космических аппаратов, в том числе при покрытии водной и земной поверхности льдами, для приема и передачи информационных радиосигналов используют радиоволны с крайне низкой плотностью мощности 10 мкВт/см2 и ниже на резонансных частотах радиопрозрачности водной среды в КВЧ и СВЧ диапазонах. При этом используют генераторы перестраиваемой и резонансной фиксированной несущих частот КВЧ и СВЧ диапазонов и высокочувствительные радиоприемники на фиксированной СВЧ или КВЧ резонансной частоте, передающие и приемные согласованные контактные и дистанционные направленные малошумящие антенны и антенные системы, средства кодирования, декодирования и обработки данных, расположенные в местах приема-передачи радиосигналов на несущих резонансных частотах водной среды:

КВЧ: 50,3; 51,8 ГГц и гармониках удвоения: 100,6; 103,6; 150,9; 155,4 ГГц. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к дальней радиосвязи и может быть использовано при организации двухсторонней связи и навигации без всплытия погруженного в водную среду объекта, например, подводной лодки, с подводным, надводным, наземным, воздушным объектами и космическими аппаратами, в том числе при покрытии водной поверхности льдами.

В современных средствах дальней и сверхдальней радиосвязи с подводными (подземными) объектами, действующей в режиме радиопоглощения, используются очень низкочастотные (ОНЧ), сверх-низкочастотные (СНЧ) и крайне-низкочастотные (КНЧ) радиоволны в полосах частот 3-30 кГц, 30-300 Гц и 3-30 Гц, которые соответствуют длинам волн 100 км-10 км, 10000 км-1000 км и 100000 км-10000 км. Сверхдлинные ОНЧ радиоволны с длиной волны свыше 10 километров распространяются в сферическом волноводе Земля-ионосфера [1-3]. Отражаясь от ионосферы, они распространяются за горизонтом на тысячи километров и способны проникать в глубины океанов на глубину скин-слоя. Так например, излучаемые суперпередатчиком мощностью до 2 мегаватт радиоволны в рабочем диапазоне частот 15-60 кГц (длины волн 5 км-20 км) проникают в морскую воду на глубину до 10 метров. Скорость передачи данных в этом случае - до 300 бит/с. Огромные габариты антенн - вот главный тормоз на пути создания и использования ОНЧ радиостанций и ОНЧ радиоволн. Кроме этого, для двусторонней ОНЧ радиосвязи требуется вынос антенн в атмосферу (патенты RU №2108675, №2103824).

Герцовые СНЧ и КНЧ радиоволны генерируют с помощью электрического разряда мощностью несколько десятков мегаватт (ток через антенну при этом достигает 300 А), который прогоняют через два гигантских «электрода», сконструированных в земле. При таких больших мощностях генерации, мощность излучаемой радиоволны составляет всего 0,5-1 Вт [1]. Антенной в этом случае является сама планета Земля. Герцовые радиоволны распространяются в волноводном канале Земля-ионосфера на десятки тысяч километров, поэтому их можно принять в любой точке поверхности планеты. Длина таких радиоволн сравнима с радиусом Земли, поэтому передающие и приемные антенны в этом случае должны иметь гигантские размеры. Для передачи СНЧ и КНЧ радиоволн используют антенные поля на суше размерами в сотни квадратных километров. Огромные погруженные и протяжные кабельные буксируемые антенные устройства или магнитные рамочные антенны, которые принимают сигналы под водой, имеют меньшие размеры, но они не способны передать герцовые радиоволны из под воды [4]. На частоте около 100 Гц скорость передачи за один сеанс - три знака каждые 5-15 минут. Сигналы поступают прямо из земной коры или со стороны поверхностного скин-слоя океана.

Глубину проникновения электромагнитной энергии в воду (или в другую среду) можно рассчитать по формуле:

где f - частота электромагнитной волны от 3 Гц до 300 Гц;

μ - магнитная постоянная, μ=4π⋅10-7 Гн/м; π=3,14;

σ - удельная электропроводность морской воды от 1 до 4 Сименс на метр (См/м).

Используя самые низкие частоты от 3 Гц до 300 Гц (КНЧ и СНЧ), можно получить глубину подводного радиоприема больше 100 м. Поэтому для связи с удаленными глубокопогруженными подводными объектами (подводные лодки, подводные аппараты, батискафы, подводные дома и т.п.) предложена система связи СНЧ/КНЧ диапазона. Электромагнитные волны этого диапазона являются пригодными для решения указанной задачи вследствие их способности проникать в толщу морской воды на значительную глубину и распространяться на тысячи километров. Кроме того, по сравнению с электромагнитными волнами других диапазонов распространение СНЧ/КНЧ сигналов в волноводе «земля-ионосфера» отличается высокой стабильностью даже при возникновении различных возмущений в ионосфере [1, 2]. Следует отметить, что гигантские размеры передающих антенн, которые невозможно установить на подводной лодке, не позволяют передавать из под воды СНЧ/КНЧ сигналы.

Для приема радиосигналов подводным объектом на сверхдлинных радиоволнах в настоящее время применяют погруженные приемные антенны, представляющие собой протяжные кабельные буксируемые антенные устройства или магнитные рамочные антенны [4].

Известны способы дальней радиосвязи с надводными объектами, использующие радиоканалы диапазонов коротких, средних, длинных и сверхдлинных радиоволн и с подводными объектами на сверхнизких и крайне низких частотах [3, 5, 6].

Недостатком этих способов и систем их реализации для обеспечения дальней радиосвязи с подводным объектом является использование выпускаемого на водную поверхность плавучего антенного устройства.

Известен способ односторонней связи с подводным объектом, в котором прием ОНЧ радиоволн (на частоте 14-30 кГц) и СНЧ радиоволн (на частоте 76 Гц) осуществляют на буксируемую кабельную антенну шлейфового типа AS-1554 BRM (20), выпускаемую за корпус подводной лодки на длину 610 м с всплытием за счет плавучести [5, 6].

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.

Известен способ дальней односторонней радиосвязи с применением сверхнизких частот радиоволн, испытывающих очень низкое затухание (около 1 дБ на тыс. км при f=100 Гц) и высокую стабильность сигнала при распространении в волноводе Земля-ионосфера с относительно малым затуханием при распространении в водной среде [1, 6]. Способ обеспечивает возможность односторонней радиосвязи с подводным объектом в любых географических координатах и основан, при заданной рабочей частоте, на определении мощности радиопередатчика, которая обеспечит связь на глубине погружения подводного объекта в зоне определенных географических координат.

Известна система односторонней связи [7], в которой, прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ/КНЧ генераторами, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ/КНЧ диапазона, находящихся на борту подводного объекта, отличающийся тем, что передающая специальная антенная система, расположенная на берегу, использует высоковольтную линию электропередачи длиной несколько десятков сотен километров, а другой лепесток антенны, по которому по направлению к генератору протекает обратный ток, расположен глубоко под землей в границах скин-слоя на глубине около 10 км от поверхности земли.

Известна система односторонней связи СНЧ и КНЧ диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами [8], которая представляет собой береговой радиокомплекс СНЧ/КНЧ диапазона, содержащего «n» генераторов синусоидального тока (для уменьшения суммарной мощности генерации), нагруженных на протяженные низко расположенные горизонтально ориентированные передающие антенны с заземлителями на концах, причем прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ/КНЧ генераторами, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ/КНЧ диапазона, находящихся на борту подводного объекта.

Положительный эффект системы состоит в том, что система обеспечивает высокую надежность работы в условиях наведенных помех с использованием линии электропередачи (ЛЭП), которая является одним из элементов антенны длиной сотни километров, а также повышенную мощность, причем обеспечивается регистрация электромагнитных полей на удаленных и глубокопогруженных объектах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому нами изобретению является способ двухсторонней связи СНЧ и КНЧ диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами [9], в котором буксируемая низкочастотная подводная система обеспечивает обнаружение и связь с подводным объектом посредством передачи и приема сверх длинноволновых сигналов ОНЧ диапазона при работе с буксируемой за надводным объектом протяженной поверхностной антенной решетки.

Недостатками данного способа является сокращение функциональных возможностей системы связи из-за ограничений маневрирования надводного объекта, а также ограниченный диапазон используемых частот и полное отсутствие скрытности.

Необходимость использования громоздких антенн и сверхмощных радиопередающих систем создает принципиальные проблемы для создания двухсторонней радиосвязи в диапазонах радиоволн ОНЧ, СНЧ и КНЧ. Кроме этого, на пониженных частотах невозможно обеспечить связь с летательными и космическими аппаратами, а передача информации имеет низкие информативную емкость и скорость передачи (фактически телеграфный режим), низкую степень скрытности и помехозащищености [1-6].

Задачей изобретения является усовершенствование способа двусторонней дальней радиосвязи подводного объекта с подводными, надводными, наземными, воздушными и космическими объектами в КВЧ/СВЧ диапазонах радиоволн.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритов приемно-излучающих антенн и приемно-передающих устройств, снижение мощности излучаемых радиоволн, увеличении информативности и скрытности радиосвязи.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе двухсторонней дальней радиосвязи с подводным объектом подводных, надводных, наземных, воздушных объектов и космических аппаратов, в том числе при покрытии водной и земной поверхности льдами, для приема и передачи информационных радиосигналов используют радиоволны с крайне низкой плотностью мощности 10 мкВт/см2 и ниже на собственных резонансных частотах радиопрозрачности водной среды в КВЧ и СВЧ диапазонах.

При этом для осуществления передачи и приема информационных радиосигналов используют генераторы перестраиваемой и резонансной фиксированной несущих частот КВЧ и СВЧ диапазонов и высокочувствительные радиоприемники на фиксированной СВЧ или КВЧ резонансной частоте, передающие и приемные согласованные с водной средой контактные и дистанционные направленные малошумящие антенны и антенные системы, средства кодирования, декодирования и обработки данных, расположенные в местах приема-передачи радиосигналов на несущих резонансных частотах водной среды:

КВЧ: 50,3; 51,8 ГГц и гармониках удвоения: 100,6; 103,6; 150,9; 155,4 ГГц и др.;

КВЧ: 64,5; 65,5 ГГц или средней частоты 65 ГГц и гармониках удвоения: 129; 131 ГГц и др.;

СВЧ: 0,25; 0,5; 0,985; 1 ГГц и гармониках удвоения 2 ГГц и другие.

Для передачи и приема информационных радиосигналов используют СПЕ-эффект преобразования резонансных частот в воде КВЧ→СВЧ 1 ГГц: на передаче резонанс КВЧ, на приеме резонанс СВЧ 1 ГГц. Также используют современные цифровые форматы векторной модуляции несущей частоты, например BPSK, QPSK, QAM или другие производные формы от них, которые обеспечивают спектрально более эффективную связь при работе со слабыми сигналами с предельно низким отношением сигнал/шум.

При передаче информационного радиосигнала с надводного, космического или другого летательного аппарата под воду поток мощности на поверхности воды не должен превышать величину Imax=10 мкВт/см2.

Прием и передача информационных радиосигналов в водной среде производится в области естественных границ существования интенсивности информационного радиоизлучения в воде.

Заявленный способ связи крайне высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами осуществляется с использованием на борту подводного объекта передающей системы, состоящей из задающего КВЧ/СВЧ генератора; модулятора; системы управления, защиты и автоматизации; усилителя мощности; передающей и приемной малошумящих направленных антенных систем магнитного типа, согласованных с водной средой; индикатора мощности излучения антенны, высокочувствительного приемника и демодулятора. Прием и передача информационных сигналов осуществляется крайне низко-интенсивными радиоволнами с плотностью мощности менее 10 мкВт/см2 на собственных резонансных частотах резонансной прозрачности воды в КВЧ/СВЧ (мм/дм длины волн) диапазонах. Преобразования передаваемых сигналов - модуляция и кодирование осуществляются генераторами, преимущественно векторными, с использованием криптомаршрутизаторов; усиление слабых сигналов, зарегистрированных приемной антенной, преобразование частот, выделение информационных сигналов из фона и шума, демодуляция и декодирование осуществляются сверхчувствительными радиоприемниками. С переходом в режим радиопрозрачности водной среды открывается доступ к использованию внутренних «информационно-волновых» процессов, происходящих в водной среде. Приемо-передающие устройства, использующие резонансные частоты водной среды, смогут обеспечивать устойчивую двухстороннюю радиосвязь с подводными, надводными, наземными, летательными в атмосфере и космическими аппаратами.

Использование глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС позволит передать радиосигнал с подводного аппарата в любую точку поверхности планеты.

С переходом в СВЧ и КВЧ диапазоны снимаются проблемы ОНЧ и КНЧ радиосвязи по мощности, информативности, скрытности, габаритам антенн и приобретается новая уникальная возможность малогабаритной двухсторонней дистанционной радиосвязи: вода-вода, вода-атмосфера-вода и вода-атмосфера-космос-атмосфера-вода (или земля).

Используемый в предлагаемом изобретении эффект резонансной радиопрозрачности воды на резонансных частотах обнаружен в авторских радиофизических исследованиях [10-16].

Особенность водной среды заключается в том, что водные молекулярные структуры находятся в колебательном резонансно-волновом состоянии, формирующем внутреннее низко-интенсивное резонансно-волновое электромагнитное (ЭМ) поле КВЧ и СВЧ диапазонов.

В резонансно-волновом состоянии водная среда «радиопрозрачна» для низко-интенсивных «резонансных» КВЧ и СВЧ ЭМ волн. На резонансных частотах радиоволны излучаются, принимаются и распространяются, «транслируются» в водной среде. Поэтому, в отличие от известных резонансов поглощения в оптике - «абсорбционных» резонансов, данные резонансы определяются как «трансляционные резонансы», или, сокращенно, «транс-резонансы» (TP), а частоты и радиоволны - как «транс-резонансные».

Эффект радиопрозрачности возникает при крайне низком уровне плотности мощности Р≤10 мкВт/см2 радиоволн в КВЧ и СВЧ диапазонах в результате перехода молекулярных осцилляторов воды из нелинейного колебательного режима радиопоглощения в линейный адекватный режим резонансной радиопрозрачности со сменой энергетического взаимодействия внешних ЭМ волн с водной средой на «информационное», куда входят частота, поляризация, частотно-фазовая синхронизация, интенсивность, модуляция. На повышенных плотностях мощности внешние радиоволны в воде поглощаются.

Таким образом, «кодом» входа радиоволн в объемное взаимодействие с молекулярной системой водной среды служат одновременно верхний порог плотности мощности Р≤10 мкВт/см2 и транс-резонансные частоты. Это означает, что резонансная «радиопрозрачность» водных сред закодирована двумя ключами.

Базовая фрактально-кластерная модель молекулярно-волновой структуры осцилляторов воды, состоящая из молекулярных фрагментов - триад, гексагонов, кластеров I порядка и система дублетов собственных трансрезонансных частот, представлены на фиг. 1 и в таблице 1, где j - магнитный дипольный момент, и р - электрический дипольный момент; Н, Е - магнитное и электрическое поле.

В дублетах первые частоты соответствуют поперечным колебаниям дипольных моментов относительно направления поля, а вторые частоты -продольным колебаниям. Отметим, что в постоянных магнитных и электрических полях возникают «половинные» частоты 25,1Н; 25,9Н ГГц и 32,2Е; 32,7Е ГГц, чем обосновывается дипольный характер транс-резонансных радиоволн и межструктурных связей в воде.

До настоящего времени резонансно-волновое состояние водосодержащих сред активно и успешно исследовалось и использовалось в медицине для целей диагностики и терапии. Поэтому дистанция информационного использования резонансных радиоволн в водно-биологической среде ограничивалась размером объектов в пределах метра, что вполне было достаточно для медицинских целей [10-16]. Специальные исследования двухсторонней радиосвязи и дальности ее в воде на резонансных частотах водной среды не проводились.

Способ двухсторонней дальней резонансной КВЧ/СВЧ радиосвязи с подводным объектом реализуется следующим образом.

Прежде чем приступить к прямым экспериментам по радиосвязи были сняты в сопоставлении транс-резонансные СВЧ спектры радиопрозрачности морской и пресной воды. Эксперименты проводились путем использования метода транс-резонансной КВЧ/СВЧ радиоспектрометрии [13] согласно радиоспектрометрической схемы регистрации спектров резонансной радиопрозрачности воды, приведенной на фиг. 2, и включающей СВЧ генератор 1 перестраиваемой частоты, СВЧ приемник-радиометр 2, излучающую рупорную антенну 3, приемную аппликаторную антенну 4, аттенюаторы 5, радиоволны 6 и воду 7 в радиопрозрачной капсуле.

В качестве СВЧ источника электромагнитных волн использовались панорамный генератор Я2Р-74, излучающая дистанционная стандартная широкополосная СВЧ рупорная антенна электрического типа линейной поляризации П6-23А раскрывом 30×40 см2, приемная контактная двухконтурная полуволновая (длина контура λ/2=2,5 см) аппликаторная антенна магнитного типа, согласованная с водой [13]. На частоте 1 ГГц длина радиоволны в водной среде λ=5 см (в воздухе 30 см).

Интенсивность прошедшего сигнала I регистрировалась СВЧ-радиометром (производства НПО «ТЕЛЕМАК», г. Саратов) с центральной частотой приема СВЧ 1 ГГц в полосе 25 МГц, максимальной чувствительностью 0,1 К (10-17 Вт), временем интегрирования 1 с, масштаб измерений сигнала I: Р=5⋅10-12 Вт/см2. Полученные транс-резонансные СВЧ спектры радиопрозрачности морской и пресной воды приведены на фиг. 3.

Из сравнения спектров следует, что базовые транс-резонансные частоты морской и пресной воды 985 МГц и 1000 МГц - идентичны. Данный результат дает основания для использования резонансных радиоволн в дистанционной радиосвязи в акваториях морской и пресной воды.

Модельный эксперимент по трансляции резонансных радиосигналов СВЧ 1 ГГц магнитной Н-серии по водному каналу проводился по схеме, приведенной на фиг. 4, и включающей СВЧ генератор 1-1 ГГц, СВЧ приемник-радиометр 2-1 ГГц, излучающую аппликаторную антенну 3, приемную аппликаторную антенну 4, аттенюаторы 5, воду 7 в пластиковой трубе, помехозащищенный бокс 8.

Передача радиосигналов осуществлялась в воде по каналам в пластиковых трубах диаметром 20 мм длиной 4 и 5 м. Плотность мощности сигнала 1 мкВт/см2 на входе канала, ослабление на входе радиометра - 10 дБ. Радиосигнал подавался импульсами продолжительностью 1:3 секунд согласно коду Морзе «точка-тире».

На фиг. 5 показаны принятые кодированные радиосигналы, транслированные по каналу пресной и морской воды кодом Морзе «точка-тире». Графики показывают, что принимаемые импульсы радиосигналов воспроизводят кодированную информацию. Но в морской воде происходит трехкратное ослабление сигнала, обусловленное потерями на ионную проводимость.

Варианты трансляции радиосигналов в открытых бассейнах пресной воды с атмосферы и в воде на дистанции 15 м и глубине 3 м изображены на схемах, представленным на фиг. 6, где: а) КВЧ/СВЧ радиосвязь с атмосферы, б) СВЧ радиосвязь в воде, реализуемых с помощью СВЧ генератора (1) 1 ГГц, КВЧ генератора (1*) 65 ГГц, СВЧ приемника-радиометра (2) 1 ГГц, излучающих антенн (3) СВЧ и (3*) КВЧ, приемных СВЧ антенн (4), радиоволн (6), воды (7) в бассейнах. Применение наряду с резонансом СВЧ 1 ГГц также КВЧ средней резонансной частоты 65 ГГц основано на СПЕ-эффекте преобразования в воде транс-резонансных радиоволн КВЧ в резонансные радиоволны СВЧ 1 ГГц [13, 14, 16].

Эффекты резонансной радиопрозрачности воды и СПЕ-эффект преобразования резонансных частот в воде КВЧ→СВЧ 1 ГГц могут быть использованы в подводной радиосвязи и радиолокации в режимах вода-вода, вода-атмосфера-вода и вода-атмосфера-космос-атмосфера-вода (или земля).

Для оценки затухания радиоволн в условиях эксперимента (плотность мощности радиоволн на излучающей антенне составляла 1 мкВт/см2 при введенных аттенюаторах по 10дБ на приеме и на передаче (фиг. 4)) были измерены уровни интенсивностей (I) транслированных радиосигналов на частоте 1 ГГц в каналах морской воды длиной 4 м - I(4) и 5 м - I(5). Определенное по их отношению I(5)/I(4)=0,77 удельное затухание радиосигнала имеет сравнительно небольшую величину: k=10⋅lq(0,77)=1,1 дБ/м. С учетом резерва по чувствительности (10 → 0) дБ и мощности (1 → 10) мкВт/см2 зона действия КВЧ/СВЧ подводной радиосвязи может быть увеличена.

Отметим, что верхний предел плотности мощности Р≤10 мкВт/см2 и собственное резонансное радиоизлучение воды Рсобств. ≤ 5⋅10-12 Вт/см2 (которое в случае приема и передачи информационных радиоволн является фоном) определяют естественные границы интенсивности информационного радиоизлучения в воде и, соответственно, дальность подводной радиосвязи, а также выбор приемного и передающего устройств для подводной радиосвязи.

При передаче радиосигнала с космического или другого летательного аппарата под воду необходимо учитывать, что при входе радиосигнала в водную среду (т.е. на поверхности воды) интенсивность сигнала не должна превышать величину Imax=10 мкВт/см2. С другой стороны, измеренная нами интенсивность фона [12-14] (а это поток мощности собственного резонансного радиоизлучения молекулярной структуры воды при отсутствии внешнего возбуждения) составляет величину Imin ≤ 10-7 мкВт/см2. На основании этого можно сделать вывод, что интенсивность резонансного информационного радиоизлучения в воде должна лежать в интервале от 10 мкВт/см2 до 10-7 мкВт/см2 и ниже, который определяется природой воды. Таким образом, ослабление максимально возможного информационного радиосигнала до уровня максимального фона Imin=10-7 мкВт/см2 определяется отношением Imin/Imax ≈ 10-8. Это соответствует затуханию 10⋅lq(10-8) ≈ 70 дБ, или в общепринятых единицах -100дБм/см2 (дБм - это децибелломилливатт). С учетом удельного затухания k=1,1 дБ/м, интенсивность фона будет сравнима с интенсивностью информационного радиосигнала (при Imax=10 мкВт/см2) на глубине погружения 70 м. Учитывая, что реальная интенсивность фона может быть Imin << 10-7 мкВт/см2 (например, при понижении температуры воды амплитуда колебаний молекулярных осцилляторов и, следовательно, и мощность шума будут экспоненциально уменьшаться), то зона действия КВЧ/СВЧ подводной радиосвязи может быть увеличена приблизительно в 1,5 раза (на частоте 1 ГГц передача и прием информационных радиосигналов возможны на расстоянии до 100 м).

Ограничение дальности действия КВЧ/СВЧ подводной резонансной радиосвязи обусловлено явлением резонансно-волнового электромагнитного состояния и резонансной радиопрозрачности молекулярной системы воды. Для увеличения зоны действия КВЧ/СВЧ подводной резонансной радиосвязи целесообразно применить систему ретрансляторов.

Особый интерес представляет передача и прием информационных сигналов с использованием поляризованных радиоволн. Поляризованные информационные сигналы будет проще выделить из фона. Это позволит увеличить дальность подводной радиосвязи.

Для организации устойчивого приема информации подводным аппаратом требуется обеспечить достаточную информационную полосу частот (до 10 МГц следует из спектров, приведенных на фиг. 3) и необходимое превышение мощности сигнала над мощностью шума, для чего целесообразно применить малошумящую направленную приемно-передающую антенную систему и предварительный усилитель ВЧ, возможно охлаждаемый. Если сигнал передается из под воды, то плотность мощности на поверхности воды будет достаточной, чтобы радиоволна была принята на борту самолета или космического аппарата, так как потери в атмосфере пренебрежимо малы по сравнению с затуханием в воде (напомним, что поглощение радиоволн в столбе воздуха от поверхности Земли до космического пространства эквивалентно

расстоянию всего 8 км в горизонтальном направлении на уровне моря при нормальных условиях).

Применение подводного канала радиосвязи в рамках организации взаимодействия между подводными и надводными объектами или летательными (космическими) аппаратами позволит обеспечить высокую скорость обмена данными (до 10 Мбит/с - как следует из спектра радиопрозрачности воды на фиг. 3), используя направленную малошумящую антенную систему.

Способ двухсторонней радиосвязи на резонансных частотах воды может быть использован во флоте для связи и навигации без всплытия аппарата, в том числе при покрытии водной и земной поверхности льдами (т.е. в подледном положении), в аварийных ситуациях для радиосвязи с подводными объектами и подводных аппаратов с надводными, наземными, воздушными объектами и космическими аппаратами, а также в научных исследованиях при изучении свойств среды и погруженных в эту среду объектов живой и неживой природы, для изысканий в геологии, зоологии и биологии, гидрологии и геодезии.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков позволяет, достигнуть поставленный технический результат.

Источники информации

1. Блиох П.В., Николаенко А.П., Филиппов Ю.Ф. Глобальные электромагнитные резонансы в полости Земля - ионосфера - Киев: «Наук. Думка», 1977. - С. 185-188.

2. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. - М: Связь, 1965. - С. 294-311.

3. Директоров Н.Ф., Дорошенко В.И., Житов Ю.И. и др. Автоматизация управления и связь в ВМФ. / Под общ. ред. Ю.М. Кононова. Изд. 2-е // СПб.: «Элмор». 2001. - 509 с.

4. Долбня А. История развития связи с подводными лодками. / Морской сборник. - М.: Красная звезда, 2006. - №5. - С. 42-44. / Источник:

www.kliper2.ru, автор: вице-адмирал А. Долбня, краткое изложение В. Додонова, по материалам «Морского сборника» №5 за 2006 год.

5. Сутягин И. Средства связи атомных подводных лодок типа «Лос-Анджелес». // Зарубежное военное обозрение. М.: 1995, №9. - С. 52-57.

6. Директоров Н.Ф., Сергеев В.В. О научных проблемах связи с подводными лодками. [Интернет ресурс], http://www.ronl.ru/referaty/istoric-lichnosti (дата обращения: 02.03.2016)].

7. Патент №2567181 RU, опубл. 10.11.2015 - Бюл. №31.

8. Патент №2350020 RU, опубл. 20.03.2009.

9. Заявка US №2004125701, опубл. 10.07.04.

10. Патент №2108058 на изобретение «Устройство для исследования объектов КВЧ-воздействием», опубл. 10.04.98, Бюл. №10.

11. Патент №2108566 на изобретение «Способ исследования объектов КВЧ-воздействием», опубл. 10.04.98, Бюл. №10.

12. Резонансное излучение воды в радиодиапазоне. // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. В. 23. С. 29-33. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006. №12. С. 42-45.

13. Петросян В.И., Синицын Н.И., Елкин В.А., Девятков Н.Д., Гуляев Ю.В., Бецкий О.В., Лисенкова Л.А., Гуляев А.И. Роль молекулярно-волновых процессов в природе и их использование для контроля и коррекции состояния экологических систем. //Биомедицинская радиоэлектроника. Памяти М.Б. Голанта. 2001. №5-6. С. 62-129.

14. Петросян В.И., Синицын Н.И., Елкин В.А. Люминесцентная трактовка «СПЕ-эффекта». // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2002. №1.С. 28-38.

15. Петросян В.И., Майбородин А.В., Дубовицкий С.А., Власкин С.В., Благодаров А.В., Мельников А.Н. Резонансные свойства и структура воды. // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 2005. №.1 (37). С. 18-31.

16. Бецкий О.В. Пионерские работы по миллиметровой электромагнитной биологии, выполненные в ИРЭ РАН. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2003. №8. С. 11-20.

1. Способ двухсторонней дальней радиосвязи с подводным объектом подводных, надводных, наземных, воздушных объектов и космических аппаратов, в том числе при покрытии водной и земной поверхности льдами, отличающийся тем, что для приема и передачи информационных радиосигналов используют радиоволны с крайне низкой плотностью мощности 10 мкВт/см2 и ниже на резонансных частотах радиопрозрачности водной среды в КВЧ и СВЧ диапазонах.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для передачи и приема информационных радиосигналов используют генераторы перестраиваемой и резонансной фиксированной несущих частот КВЧ и СВЧ диапазонов и высокочувствительные радиоприемники на фиксированной СВЧ или КВЧ резонансной частоте, передающие и приемные согласованные с водной средой контактные и дистанционные направленные малошумящие антенны и антенные системы, средства кодирования, декодирования и обработки данных, расположенные в местах приема-передачи радиосигналов на несущих резонансных частотах водной среды:

КВЧ: 50,3; 51,8 ГГц и гармониках удвоения: 100,6; 103,6; 150,9; 155,4 ГГц и др.;

КВЧ: 64,5; 65,5 ГГц или средней частоты 65 ГГц и гармониках удвоения: 129; 131 ГГц и др.;

СВЧ: 0,25; 0,5; 0,985; 1 ГГц и гармониках удвоения 2 ГГц и другие.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для передачи и приема информационных радиосигналов используют СПЕ-эффект преобразования резонансных частот в воде КВЧ→СВЧ 1 ГГц: на передаче резонанс КВЧ, на приеме резонанс СВЧ 1 ГГц.

4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что для передачи и приема информационных радиосигналов используют современные цифровые форматы векторной модуляции несущей частоты, например BPSK, QPSK, QAM или другие производные формы от них.

5. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что при передаче информационного радиосигнала с надводного, космического или другого летательного аппарата под воду поток мощности на поверхности воды не должен превышать величину Imax=10 мкВт/см2.

6. Способ по пп. 1-4, отличающийся тем, что прием и передача информационных радиосигналов в водной среде производится в области естественных границ существования интенсивности информационного радиоизлучения в воде.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к передаче данных между подводными объектами. Устройство для реализации способа осуществления сейсморазведки в водной среде, включает в себя: блок сейсмометра на дне океана (блок OBS), расположенный в водной среде для приема данных о подводной среде; модуль преобразования данных упомянутого блока OBS для преобразования данных о подводной среде в оптический сигнал с первым форматом, предназначенным для оптической передачи через водную среду; по меньшей мере одно из блока OBS и подводного транспортного средства для установления оптической линии связи через водную среду между блоком OBS и подводным транспортным средством, отделенным от блока OBS водной средой, и определения условия водной среды из измерения характеристики оптической линии связи; контроллер блока OBS для регулировки связанного с оптическим сигналом параметра на основании упомянутой характеристики водной среды; оптический передатчик блока OBS для передачи оптического сигнала по оптической линии связи на оптический приемник подводного транспортного средства, причем оптический сигнал имеет первый формат и параметр, отрегулированный блоком OBS на основании упомянутой характеристики водной среды.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для связи с глубокопогруженными и удаленными объектами в сверхнизкочастотном и крайненизкочастотном диапазонах.

Изобретение относится к технике подводной связи, в частности к средствам коммуникаций водолазов, и может быть использовано для связи водолазов при работе как между собой, так и с сопровождающим судном или береговым постом.

Изобретение относится к области передачи радиосигналов для управления подводным робототехническим комплексом (ПРТК). Технический результат заключается в повышении надежности и стабильности канала связи для передачи радиосигналов.

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к технике связи сверхнизкочастного и крайненизкочастотного диапазона, и может быть использовано для передачи сигналов на глубокопогруженные и удаленные объекты.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для передачи информации между забоем и устьем, и может быть использовано для определения направления бурения скважин с горизонтальным участком, в том числе непосредственно в процессе бурения роторным способом.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для передачи сообщений с подводной лодки, находящейся в погруженном состоянии. Технический результат состоит в передаче сообщений с подводной лодки бесконтактным методом.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для задач геокартирования в инженерной сейсморазведке. Предложена система сейсмической связи, содержащая сейсмические передатчики, расположенные в шахтной выработке, и сейсмический приемник, расположенный на поверхности Земли, включающий в себя N сейсмических датчиков, соответственно образующих антенную решетку, N усилителей и блок обработки сигналов.

Изобретения относятся к области электрорадиотехники, а именно к подводной технике электромагнитной связи. Технический результат состоит в повышении надежности и качества связи, а также помехозащищенности канала связи.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами.

Изобретение относится к области связи. Технический результат изобретения заключается в обеспечении надежного канала HBC для любых местоположений устройств на теле пользователя и сверхнизком энергопотреблении модуля HBC.

Изобретение относится к беспроводной связи. Технический результат – обеспечение работы сетей MBAN (62) с высокой скоростью передачи данных в пределах предельного значения для рабочего цикла.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах связи через тело. Технический результат состоит в понижении энергопотребления при установлении связи через тело.

Изобретение относится к электронным устройствам, сохраняющим историю о деятельности человека. Технический результат заключается в создании удобного электронного устройства.
Изобретение относится к физической химии и компьютерной технике. Технический результат заключается в обеспечении передачи электронных сообщений посредством беспроводной компьютерной сети в химической системе.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах подводной связи. Технический результат состоит в одновременной реализации высокоскоростного стабилизированного оптического канала связи и акустического канала с высокой дальностью действия.

Изобретение относится к области управления электронными устройствами. Технический результат заключается в автоматическом предоставлении пользователю интерфейса, предназначенного для управления выбранным устройством, а также в обеспечении передачи данных только между соединяемыми по каналу передачи по телу устройствами.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах односторонней радиосвязи. Технический результат состоит в расширении арсенала технических средств для односторонней радиосвязи надводного объекта с подводным при использовании канала связи в виде воздушной и водной среды.

Изобретение относится к рекуператору энергии положительно заряженных ионов. Заявленное устройство содержит емкостные накопители энергии - конденсаторы ионисторного типа, преобразователь потока, включающий диффузор 1, соединенный с коническим каналом 2, на входе в диффузор установлен отрицательно заряженный кольцевой электрод 3 на изоляторе 4, ускоряющий электрод 5 на изоляторе 6, а также ускоряюще-тормозящий управляющий электрод 7 в средней части канала на изоляторе 8, алмазоподобную пленку на кремниевой решетке 10, покрывающую внутреннюю поверхность диффузора и канала, входной канал отражателя 11, устройство круговой развертки 12, диэлектрический корпус рекуператора 13, первый и второй многоколлекторные заряжающие электроды 14 и 15, кольцевые электростатические электроды 16 и 19 первого и второго ионисторных конденсаторов, диэлектрические мембраны 17, кольцевой изолятор конденсаторов 18, твердый наномодифицированный электролит 20, электрод-коллектор торцевого ионисторного конденсатора 21, цилиндрический электростатический электрод 22 торцевого ионисторного конденсатора, управляющий изолированный электрод-отражатель 23, изолятор 24, конический графитовый наконечник 25, изолятор 26, канал для прокачки рабочей охлаждающей жидкости 27, отрицательно заряженные изолированные электроды 29, многослойные покрытия из графеновых трубок 30, датчик контроля 37 объемного заряда.

Группа изобретений относится к трубопроводному транспорту. Для защиты от коррозии в трубопроводе используется катодная защитная система, которая содержит множество расположенных в почве стержней заземления, которые электрически соединены каждый с почвой и электрически связаны с находящимся в соединении с почвой трубопроводом.

Изобретение относится к дальней радиосвязи и может быть использовано при организации двухсторонней связи и навигации без всплытия погруженного в водную среду объекта, например, подводной лодки, с подводным, надводным, наземным, воздушным объектами и космическими аппаратами, в том числе при покрытии водной поверхности льдами. Технический результат состоит в усовершенствовании способа двусторонней дальней радиосвязи подводного объекта с подводными, надводными, наземными, воздушными и космическими объектами, снижении мощности излучаемых радиоволн, увеличении информативности и скрытности радиосвязи. Для этого в способе двухсторонней дальней радиосвязи с подводным объектом подводных, надводных, наземных, воздушных объектов и космических аппаратов, в том числе при покрытии водной и земной поверхности льдами, для приема и передачи информационных радиосигналов используют радиоволны с крайне низкой плотностью мощности 10 мкВтсм2 и ниже на резонансных частотах радиопрозрачности водной среды в КВЧ и СВЧ диапазонах. При этом используют генераторы перестраиваемой и резонансной фиксированной несущих частот КВЧ и СВЧ диапазонов и высокочувствительные радиоприемники на фиксированной СВЧ или КВЧ резонансной частоте, передающие и приемные согласованные контактные и дистанционные направленные малошумящие антенны и антенные системы, средства кодирования, декодирования и обработки данных, расположенные в местах приема-передачи радиосигналов на несущих резонансных частотах водной среды:КВЧ: 50,3; 51,8 ГГц и гармониках удвоения: 100,6; 103,6; 150,9; 155,4 ГГц. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Наверх