[ X ]

 

 

1. ОСОБЕННОСТИ КАНАЛОВ СВЯЗИ

 

1.1. ОБЩАЯ СТРУКТУРА КАНАЛОВ СВЯЗИ

Подводная лодка должна иметь каналы связи со всеми взаимодействующими объектами и структурами - с береговыми командными пунктами, с другими надводными и подводными средствами, с летательными аппаратами, а также с орбитальными объектами. Основным требованием при этом является обеспечение устойчивой связи в любой заданной точке, в любое время, в любых условиях и в любой обстановке, в т.ч. в состоянии погружения при движении с различными скоростями и маневрами, при этом с минимальным риском быть обнаруженной противником.

каналы радиосвязи подводной лодки

Рис.1.1. Каналы радиосвязи подводной лодки

 

Последнее требование является определяющим, поскольку скрытность является главным параметром и достоинством подводных лодок. Скрытность, в свою очередь, прямо связана с глубиной погружения, а последняя прямо влияет на доступность тех или иных каналов связи. Принципиальным при этом является пригодность частотных диапазонов каналов для связи через толщу воды. По этому критерию все диапазоны, используемые для связи с подводными лодками, можно разделить на три категории:

  • диапазоны, не пригодные для связи с расположением антенн под водой;
  • диапазоны, пригодные для связи с расположением антенн в приповерхностном слое;
  • диапазоны, пригодные для связи с расположением антенн на большой глубине.

К первой категории относятся «классические» связные диапазоны средних, коротких и ультракортких волн СВ/КВ/УКВ, ко второй категории - диапазон очень низких частот VLF, к третьей - экзотические диапазоны сверхнизких и крайне низких частот ELF/СНЧ и ELF/КНЧ. Далее рассмотрим принципиальные особенности организации радиообмена в диапазонах данных категорий.

 

1.2. ДИАПАЗОНЫ СВ/КВ/УКВ

Данные диапазоны являются традиционными диапазонами морской подвижной службы, однако, как было упомянуто выше, антенны в этих диапазонах при проведении радиосвязи принципиально не могут находиться под водой. В то же время, в связи с ограниченностью возможностей диапазонов VLF и ELF (низкая пропускная способность каналов связи, высокий уровень атмосферных, бортовых и вибрационных помех, а также односторонний характер радиообмена), эти диапазоны принципиально необходимы для ведения подводной лодкой радиопередач в направлении береговых КП и взаимодействующих объектов, для скоростного радиоприема, а также для двухстороннего радиообмена в широкополосных радиосетях с доступом к данным оперативно-тактической обстановки.

Поскольку связь из надводного положения полностью демаскирует подводную лодку, в этих диапазонах используются специальные решения, позволяющие вести радиообмен при полном или частичном погружении за счет расположения приемно-передающих антенн над водой с меньшим риском обнаружения подводной лодки, в т.ч.:

# Связь из перископного положения с помощью антенн, выступающих над водой за счет расположения их на рубке и/или использования выдвижных конструкций. В перископном положении вероятность обнаружения подводной лодки визуальными, радиолокационными и спутниковыми средствами противника достаточно велика, поэтому длительность сеансов связи должна быть минимально возможной.

# Связь из подводного положения с использовнием ВБАУ - выпускнового, буксируемого по поверхности, антенного устройства. Вероятность обнаружения подводной лодки при этом сохраняется, т.к. буксируемое устройство тоже может быть обнаружено и по его координатам и движению могут быть определены координаты подводной лодки. Поэтому устройство выпускается на поверхность только на минимально-необходимое для сеанса связи время. Кроме того, данное решение имеет ограничения, связанные со скоростью движения подводной лодки и ее маневрами. Данное устройство может быть конструктивно совмещено с ВБАУ параванного типа, предназначенного для приема в диапазоне VLF (см. ниже).

# Связь из подводного положения с помощью ВБАУ на основе плавающего кабеля, в плавающий по поверхности конец которого вмонтированы согласующие устройства и антенны высокочастотных диапазонов. Данное решение используется, преимущественно, в диапазонах спутниковой связи. Оно обладает бОльшей скрытностью и может работать с бОльших глубин в более широком диапазоне скоростей и маневров, чем ВБАУ параванного типа, а также может быть совмещено с кабельной плавающей антенной диапазонов VLF и ELF.

# Связь из подводного положения с помощью выпускных информационных устройств ВИУ - автономных всплывающих радиобуев, в т.ч. с запрограммированным сообщением в случае одностороннего радиообмена или с промежуточным каналом акустической или оптической связи с подводной лодкой в случае двухстороннего радиообмена. Глубина погружения подводной лодки, ее скорость и маневры при этом почти не ограничены. Такие радиобуи тоже могут быть обнаружены, но определение координат и параметров движения подводной лодки при этом затруднено. Недостатком данного решения является то, что буи являются невозвращаемыми, что требует наличия на борту их пополняемого запаса, а также их ликвидации или затопления по окончании сеанса связи.

Во всех рассмотренных вариантах подводная лодка может быть обнаружена по сигналам ее передатчиков и ее координаты могут быть определены с помощью радиопеленгации. Поэтому важнейшей задачей в этих диапазонах является сокращение времени передачи со стороны подводной лодки, для чего используются как технические, так и организационные методы. Для затруднения радиопеленгации также могут использоваться и специальные виды излучений, например, скачкообразное изменение частоты, шумоподобная модуляция и т.д.

схемы радиообмена с подводной лодкой в диапазонах СВ, КВ и УКВ

Рис.1.2. Схемы радиообмена с подводной лодкой в диапазонах СВ, КВ и УКВ.

 

Особо следует отметить, что в связи с указанными выше ограничениями радиообмен в диапазонах СВ/КВ/УКВ как в режиме передачи, так и в режиме приема не может вестись непрерывно и носит сеансовый характер, поскольку перед началом радиообмена лодка должна провести определенные маневры и выпустить антенные устройства, а по окончании сеанса убрать их с поверхности и вернуться на прежнюю глубину и курс. Этот фактор серьезно ограничивает оперативность взаимодействия подводных лодок с вышестоящим командованием, а также с другими подвижными объектами и береговыми службами.

Кроме того, радиус устойчивой связи в диапазонах СВ и КВ ограничен и зависит от параметров распространения радиоволн, определяемых текущим состоянием ионосферы. Поэтому для обеспечения стабильного покрытия больших акваторий требуется создание территориально распределенных сетей передающих и приемных станций. В диапазоне УКВ радиус устойчивой связи ограничен зоной прямой видимости, поэтому покрытия больших акваторий возможно только с использованием флотилий спутников связи, объединяемых в единую сеть.

схема организации зон покрытия для связи с подводными лодками в диапазонах СВ, КВ и УКВ

Рис.1.3. Схема организации зон покрытия для связи с подводными лодками в диапазонах СВ, КВ и УКВ.

 

 

1.3. ДИАПАЗОН VLF

Ограничения в диапазонах СВ/КВ/УКВ, которые накладывает требование скрытности, привели к необходимости использовании диапазонов, пригодных для связи с размещением антенн под водой. Способность радиоволн проникать под воду начинает проявляться с нижнего участка длинноволнового диапазона. Однако глубина проникновения при этом незначительна - всего 1-2 метра. На несколько большую глубину - до 10-30 метров проникают радиоволны диапазона VLF, относящиеся к сверхдлинным. Именно данный диапазон по соотношению затраты - выгоды наиболее востребован для связи с подводными лодками, находящимися в состоянии погружения без выноса антенн на поверхность. При этом используются, в основном, частоты от 14 до 30 кГц, что соответствует длинам волн от 10 до 21 км, а в ряде стран, в т.ч. в США и в странах НАТО, «прихватывается» также и нижняя область динноволнового диапазона (LF/ДВ) до 60 кГц, т.е. радиоволны длиной от 5 км. Такой комбинированный диапазон часто обозначается как VLF/LF.

Для передающих антенн диапазонов VLF и LF требуются мачты высотой 200-300 метров, размещаемые на площади в несколько квадратных километров, а требуемая мощность передатчиков для покрытия зон радиусом 5 - 10 тысяч километров составляет до 1 и более мегаватт. По этой причине разместить на борту подводной лодки передающий тракт невозможно, в силу чего этот диапазон, как и все более низкочастотные, пригоден только для односторонней передачи сообщений подводным лодкам с надводных передающих центров. Пропускная способность каналоы в диапазоне VLF/LF существенн ниже, чем в диапазонах СВ/КВ/УКВ, но она достаточная для передачи на подводную лодку команд и данных целеуказания.

В качестве приемных антенн в этом диапазоне часто используются рамочные магнитные антенны. Для приема на глубинах до 10-30 м такая антенна может размещаться на подводной лодке. Для приема при движении на бОльших глубинах используется ВБАУ т.н. параванного типа, которое за счет положительной плавучести и гидродинамических сил, создаваемых рулями, движется в приповерхностном слое на глубине нескольких метров, оставаясь незаметным для средств обнаружения. Оно обеспечивает устойчивый прием сигнала при погружении лодки на глубину до 100-150 м (а некоторые модели и более) как на стопе, так и при движении со скоростью до 18-20 узлов, и может использоваться для размещения в них дополнительно антенн диапазонов СВ/КВ/УКВ, активируемых при подъеме ВБАУ на поверхность.

Более совершенными по сравнению с ВБАУ параванного типа являются буксируемые антенные устройства в виде длинного плавающего кабеля, которые при необходимости могут совмещаться с такого же типа кабельными антеннами диапазонов ELF (см. ниже), а также оснащаться антеннами диапазонов СВ/КВ/УКВ, размещаемыми во всплывающем на поверхность конце кабеля.

схемы радиообмена с подводной лодкой в диапазоне VLF/ОНЧ

Рис.1.4. Схемы радиообмена с подводной лодкой в диапазоне VLF.

схема организации зон покрытия для связи с подводными лодками в диапазоне VLF/ОНЧ

Рис.1.5. Схема организации зон покрытия для связи с подводными лодками в диапазоне VLF.

 

Максимальная дальность распространения волн в этом диапазоне в среднем для станций мощностью 800 - 1000 кВт составляет 5-10 тысяч км, а для станций повышенной мощности 2-4 МВт - до 15 тысяч км, поэтому для обеспечения покрытия всей акватории мирового океана так же, как и в рассмотренных выше высокочастотных диапазонах, необходима сеть передающих станций. Кроме того, для дополнительного расширения зоны покрытия, а также для резервирования стационарных передающих комплексов в случае их вывода из строя противником, могут использоваться мобильные передающие комплексы, в частности, специальные самолеты - ретрансляторы типа TACAMO или ТУ-142МР.

подробнее о связи в диапазоне VLF >>

 

1.4. ДИАПАЗОН ELF

Радиоволны диапазонов ELF/СНЧ и ELF/КНЧ за счет намного более низкой частоты существенно меньше, чем радиоволны диапазона VLF, поглощаются землей, ионосферой и водой, что позволяет им огибать весь земной шар почти без затухания, а также проникать под воду на глубины до 100-300 и более метров. Эти возможности позволяют обеспечить постоянную безсеансовую одностороннюю связь с подводными лодками, находящимися на больших глубинах в любой точке акватории мирового океана, причем без неоходимости выполнения ими маневров и операций, связанных с доставкой к поверхности антенных устройств, и при использовании при этом единственного передающего центра.

Опираясь на эти возможности, в СССР и США в 80-е годы были построены передающие комплексы ЗЕВС и SeaFarer/ELF, работающие в диапазоне ELF/СНЧ на частотах 82 и 76 Гц соответственно (длина волны немногим менее 4000 км), эксплуатаци которых подтвердила возможность реализации глобальных глубоководных каналов связи с подводныи лодками.

схемы радиообмена с подводной лодкой в диапазоне ELF

Рис.1.6. Схемы радиообмена с подводной лодкой в диапазоне ELF/СНЧ.

 

Однако пропускная способность каналов связи в диапазоне ELF/СНЧ существенно ниже, чем в диапазоне VLF, за счет на два порядка более низкой частоты, поэтому он позволяет обеспечить только передачу очень коротких команд и оповещений из заранее заданного перечня, в т.ч. команд для активации упомянутых выше более широкополосных каналов с выходом на связь для получения подробных инструкций. Надо также отметить, что в связи с ростом глубин погружения подводных лодок до 300 - 500 и более метров возможности этого диапазона и в этой ограниченной части оказались фактически исчерпаны.

С середины нулевых годов активность комплекса SeaFarer/ELF на частоте 76 Гц не отмечается, а активность комплекса ЗЕВС на частоте 82 Гц существенно снизилась, зато отмечается его активность на более низких частотах, включая диапазон крайне низких частот ELF/КНЧ, в т.ч., по данным целого ряда публикаций, в интересах геофизических исследований стратегического значения.

В то же время, по данным ряда публикаций радиопередающий комплекс диапазона ELF был построен в 2015 году в Индии, однако эта информация требует проверки. Кроме того, по спутниковым снимкам в последние годы прослеживается строительство в границах КНР масштабных территориально распределенных сооружений, идентифицируемых некоторыми обозревателями как приемо-передающие комплексы для глобальной глубоководной связи с подводными лодками. Данная информация также требует оценки.

 

1.5. ОСОБЕННОСТИ ВЕРХНИХ УРОВНЕЙ

Рассмотренные выше вопросы, связанные с взаимозависимостью между использованием тех или иных диапазонов, пропускной способностью каналов связи, направлениями приема и передачи, с одной тороны, и с глубиной погружения подводной лодки и ее антенны с другой стороны, относятся к нижнему физическому уровню каналов связи, на котором, как на фундаменте, строятся конкретные технические решения, связанные с реализацией антенн, приемников, передатчиков, периферии и т.д., а также архитектурные решения по организациии информационного взаимодействия подводных лодок с другими объектами на канальном, сетевом, прикладном и прочих уровнях, в т.ч. способы и параметры модуляции, диаграммы канального и сетевого обмена, алгоритмы кодирования и шифрование информации, формы представления данных и их информационное содержание и т.д.

Проблематика, связанная с этими аспектами реализации каналов связи с подводными лодками, зависит не только от диапазонов частот и глубины размещения антенн, но и от многих других факторов. Например, пропускная способность каналов связи в диапазонах VLF и ELF ограничена не только низкой частотой несущей, но и помеховой обстановкой, влиянием параметров ионосферы на фазовые сдвиги при распространении радиоволн, ограничениями, накладываемыми допустимыми режимами силовых элементов сверхмощных передатчиков на виды и параметры модуляции, отсутствием возможности квитирования приема, что требует введения информационной избыточности, и т.д. В диапазонах СВ/ДВ/УКВ главным проблемообразующим фактором является потребность в увеличении объемов и скоростей приема-передачи цифровых данных в региональных и глобальных радиосетях при повышении требований к скрытности, в связи с чем главной тенденцией является использование спутниковых УКВ каналов, в т.ч. освоение все более высоких частот, дрейфуя в диапазон сантиметровых волн.

Рассмотрение проблематики верхних уровней каналов связи выходит за рамки задач настоящей главы. Детально она будет рассмотрена при описании систем и технических средств связи конкретных диапазонов, а в панорамном систематизированном виде с «раскладкой по полочкам» обобщена в отдельной главе данной части настоящего обзора.

уровни проблематики каналов связи с подводными лодками

Рис.1.7. Уровни проблематики каналов связи с подводными лодками

 

1.6. ИНТЕГРАЦИЯ КАНАЛОВ

Как видно из приведенного в настоящей главе краткого обзора особенностей каналов связи с подводными лодками, основные задачи - обеспечение скрытности подводной лодки при радиообмене, высокой пропускной способности каналов и постоянной безсеансовой связи на всех глубинах и скоростях хода являются принципиально несовместимыми. Это предопределяет необходимость использования в составе единой системы связи различных каналов с различными характеристиками с интеграцией их на всех уровнях - от уровня радиорубки подводной лодки до уровня центров связи тактического и стратегического командования. Базовые принципы интеграции каналов будут рассмотрены отдельно, в т.ч. на примерах интегрированных систем связи подводных флотов ведущих военно-морских держав.

 

Продолжение следует, следите за обновлениями!

 

* * *

 

 

поделиться ссылкой

 

Перепечатка без согласования с автором запрещена.
При цитировании обязательно указание автора, названия и активной ссылки на данную страницу
или ссылки на титульную страницу публикации.

 

наверх

 

 

Особенности каналов связи.

Опубликовано 24.12.19. Последнее изменение - нет.

© Janto 2019