डॉल्फिन: ध्वनिक प्रणालियों के लिए प्रौद्योगिकी को सक्षम करना

चित्रा 6: एक डॉल्फिन सोनार परीक्षण के परिणाम, एसएएस तीन बार Nyquist गति से। चित्र: QinetiQ उत्तरी अमेरिका

डॉल्फिन सिग्नल प्रोसेसिंग टेक्नोलॉजी
ध्वनिकी कई मुख्य अंडरसीट क्षमताओं को सक्षम करती हैं। जहां रेडियो तरंगें अच्छी तरह से नहीं फैलती हैं, और प्रकाश जल्दी से अवशोषित होता है, ध्वनिक संकेत हमें मानचित्र, देखने, पता लगाने और संवाद करने में मदद करते हैं। कई उत्पाद और तकनीकें जो ध्वनिकी को रोजगार देती हैं, सभी सिग्नल प्रोसेसिंग पर निर्भर करती हैं, इस प्रकार नए प्रसंस्करण दृष्टिकोण कई अनुप्रयोगों को प्रभावित कर सकते हैं। QinetiQ नॉर्थ अमेरिका (QNA) और इसके पार्टनर Optimal Systems Laboratory (OSL) ने DOLPHIN विकसित किया है - एनालॉग कैंसलेशन का उपयोग कर एक पेटेंट विधि जो रिसीवर संतृप्ति को समाप्त करती है और एक साथ संचारित और प्राप्त करने में सक्षम बनाती है। चित्र 1 इस अवधारणा का वर्णन करता है।

चित्र 1: डॉल्फिन की मूल अवधारणा। चित्र: अंडरनेट टेलीमेट्री के लिए QinetiQ उत्तरी अमेरिका आवेदन
ध्वनिक संचार की शुरुआत के बाद से, कला प्रौद्योगिकी की स्थिति आधे-द्वैध संकेतों तक सीमित हो गई है: रिसीवर के साथ संचारित करें और फिर ट्रांसमीटर को बंद करें और रिसीवर को चालू करें और प्राप्त करने के लिए प्रतीक्षा करें, क्योंकि स्रोत पर प्रत्यक्ष संचरण संतृप्त होता है रिसीवर इलेक्ट्रॉनिक्स अगर वे एक साथ सक्षम हैं।

महासागर भौतिकी तय हो गई है, लेकिन डॉलफिन तकनीक सच पूर्ण-द्वैध ध्वनिक टेलीमेट्री सक्षम करती है। यह वास्तविक समय में रिसीवर पर संचारित सिग्नल को रद्द कर देता है। यह रिसीवर स्व-सिग्नल संतृप्ति को समाप्त करता है और एक ही आवृत्ति पर एक साथ संचारित और प्राप्त करने में सक्षम बनाता है, ढहते ट्रांसड्यूसर के साथ। डॉल्फिन प्रौद्योगिकी आवृत्ति और स्वतंत्र है - इस प्रकार पानी के नीचे संचार और सेंसर के लिए लचीला नए दृष्टिकोण उपज।

व्यवहार में, पूर्ण डुप्लेक्स कॉम्स बनाम मानक आधा डुप्लेक्स कॉम्स के प्रभाव को डेटा थ्रूपुट (सार्थक जानकारी की प्राप्ति की गति) में परिवर्तन के संदर्भ में देखा जा सकता है। यह डेटा दर बनाम श्रेणी के संदर्भ में उदारतापूर्वक देखा जा सकता है। चित्रा 2 पारंपरिक दृष्टिकोण बनाम डॉलफिन कॉम्स के लाभों का सामान्यीकरण दिखाता है।

चित्र 2: डॉल्फिन प्राप्त दर बनाम पारंपरिक पारंपरिक दर। चित्र: QinetiQ उत्तरी अमेरिका

सकारात्मक लाभ विशेष रूप से एक आधा-द्वैध (मोबाइल या स्थिर) नेटवर्क वृद्धि में नोड्स की संख्या के रूप में स्पष्ट हैं। बढ़ते हुए नोड्स पारंपरिक, आधा-द्वैध नेटवर्क, मॉडलिंग और परीक्षण के समग्र प्रवाह को नीचा दिखाते हैं, जिससे पता चलता है कि डॉल्फिन कॉमेक्स नेटवर्क लगातार प्रदर्शन बनाए रखेगा। यह चलती नोड्स के नेटवर्क में और भी स्पष्ट है जहां आधे-द्वैध नेटवर्क आमतौर पर दो से अधिक नोड्स के साथ कार्य करना बंद कर देते हैं। लेकिन दो से अधिक चलती नोड्स के पूर्ण-द्वैध नेटवर्क संभव हैं और उच्च डेटा थ्रूपुट बनाए रखते हैं। यह यूयूवी के स्वार्म्स की तरह, चलती नोड्स के नेटवर्क को सक्षम करने में डॉल्फिन कॉम्स तकनीक के मूल्य को प्रदर्शित करता है।

बीमित डेटा संचार का उपयोग करके संवाद करने के दो UUVs के मामले पर विचार करके लाभों का अधिक ठोस उदाहरण देखा जा सकता है। यह चित्र 3 में दर्शाया गया है। पारंपरिक आधा-द्वैध दृष्टिकोणों को प्रत्येक पैकेट के लिए प्राप्त नोड से एक पावती की आवश्यकता होती है जिसे 20 सेकंड में भेजा जाता है और इस उदाहरण में, यूयूवी के बीच डेटा संदेश देने के लिए। लेकिन डॉल्फिन पूर्ण-द्वैध दृष्टिकोण का उपयोग करके थ्रूपुट के 400% सुधार तक पहुंचाया जा सकता है। स्पष्ट होने के लिए, यह सुधार पूरी तरह से सिग्नल प्रोसेसिंग दृष्टिकोण के कारण है, ध्वनिक संचरण की समग्र सीमाएं बनी हुई हैं। या इसे थोड़ा लापरवाही से डालना, जबकि भौतिकी के नियमों में बदलाव नहीं हुआ है, डॉल्फिन कॉम्स बेहतर वकील प्रदान करता है।

चित्र 3: यूयूवी केस स्टडी के लिए डेटा थ्रूपुट सुधार। चित्र: QinetiQ उत्तरी अमेरिका सोनार के मानचित्रण के लिए आवेदन
इसी तकनीक को साइड-सोनार (SSS) पर लागू किया जा सकता है, जो सीफ्लोर मैपिंग और सर्वेक्षण के लिए एक बहुत ही सामान्य उपकरण है, और एक उभरती हुई तकनीक सिंथेटिक सोनार (एसएएस) है। आमतौर पर, SSS कवरेज में एक "अंतर" प्रस्तुत करता है, जैसा कि चित्र 4 में है। यह अंतराल, या "नादिर" हस्तक्षेप से बचने के लिए बाईं ओर के सोनार को दाईं ओर से अलग करता है।

क्योंकि डॉलफिन एक साथ पानी के स्तंभ में कई संकेतों के प्रसारण और रिसेप्शन को सक्षम बनाता है क्योंकि यह ओवरलैप करने के लिए कवरेज की अनुमति देता है। जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है, संकेतों का एक सेट, Sidescan A, Sidescan B के समान भाग को एक ही क्षेत्र में नियोजित कर रहा है। पारंपरिक सोनार अनुप्रयोगों में यह व्यवधान और डेटा खो जाता है। लेकिन डॉल्फिन प्रसंस्करण के साथ दोनों संकेतों की व्याख्या करना संभव है और इस प्रकार नादिर अंतराल को चित्रा 5 में भर दिया जाता है।

यह एसएसएस या एसएएस का पूर्ण स्वाथ कवरेज प्रदान करता है जिसमें कोई अंतर नहीं है वास्तव में, दोनों पक्षों द्वारा ओवरलैप किए जाने वाले क्षेत्र में रिज़ॉल्यूशन को बेहतर बनाने के लिए दोनों पक्षों (A या B) से फॉरवर्ड स्कैटर का उपयोग अन्य पक्षों (B या A) द्वारा किया जा सकता है।
बेहतर कवरेज के स्पष्ट लाभ के अलावा, डॉलफिन प्रसंस्करण सोनार प्रणालियों को अन्य लाभ प्रदान कर सकता है, जिसमें बढ़े हुए संकल्प और पर्यावरण संबंधी चिंताओं जैसे समुद्री स्तनपायी सुरक्षा के लिए अनुकूलनशीलता शामिल है।

चित्रा 4: विशिष्ट साइड-स्कैन कवरेज में एक अंतर प्रदर्शित करता है। चित्र: QinetiQ उत्तरी अमेरिका लैब और फील्ड परीक्षण
डॉल्फिन कॉम्स और सोनार प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट (POC) प्रदर्शन सफलतापूर्वक पूरा कर लिया गया है। टैंक और हार्बर ट्रायल में, पहले से सूचना दी गई थी, डॉल्फिन कॉम्स ने सफल परिणाम दिए। प्रणाली 65 + dB के एनालॉग कैंसलेशन का अत्यधिक पुनर्जन्म, प्रयोगशाला टैंक में प्रदर्शित करने में सक्षम थी। टैंक परीक्षणों के बाद, विकास कार्यक्रम खुले पानी में चला गया। इस परीक्षण में ओमनी दिशात्मक ट्रांसड्यूसर, यथार्थवादी आवृत्तियों और बैंडवाइड्स, उपयोगी रेंज की दूरी, अत्यधिक श्रद्धावान स्थितियों में शामिल थे। परीक्षण ने कठिन और गतिशील वातावरण में एनालॉग कैंसिलेशन के 80 डीबी और वाणिज्यिक उपकरण का उपयोग करके उपयोगी दूरियों को स्केल करने की क्षमता का प्रदर्शन किया, जबकि मजबूत, विश्वसनीय पूर्ण-द्वैध संचार बनाए रखा। परीक्षण 6% शक्ति (60 mW या 160 dB) पर किया गया था और इसकी अनुमानित 1.6 Kbits / सेकंड डेटा दर, पूर्ण-द्वैध टेलीमेट्री का प्रदर्शन किया था।

सोनार परीक्षण में डॉल्फिन ने भी वादा दिखाया है। तिथि करने के लिए काम ने एक छवि (नादिर भरने) के 100% पुनर्निर्माण का मॉडल तैयार किया है और एक प्रयोगशाला वातावरण में डॉल्फिन एसएसएस और एसएएस का प्रदर्शन किया है। इसने प्रोटोटाइप उपकरणों के साथ प्रयोगशाला वातावरण में डॉल्फिन सोनार ऑपरेशन का भी प्रदर्शन किया है। आज तक के परीक्षण मामले में 2 मेगाहर्ट्ज आवृत्ति के साथ 1 मीटर की सीमा पर 3 मीटर टैंक का उपयोग किया गया है।

इसके अलावा, QNA ने विशिष्ट SAS Nyquist गति सीमाओं को पार करने में सक्षम होने के लिए DOLPHIN SAS की क्षमता का प्रदर्शन किया है। एसएएस के विनिर्देशों के आधार पर, पारंपरिक एसएएस केवल न्यक्विस्ट गति के रूप में तेजी से आगे बढ़ सकता है। यदि कोई Nyquist गति से अधिक है, तो पारंपरिक SAS छवि पूरी तरह से विफल हो जाती है। डॉल्फिन एसएएस के साथ, कोई सिग्नल खोए बिना Nyquist की गति को पार कर सकता है। नतीजतन, छवि इनायत से (धब्बा) अधिक सोनार 2x Nyquist गति से अधिक हो जाएगी। दूसरे शब्दों में, डॉल्फिन एसएएस कम से कम मानक एसएएस गति को दोगुना कर सकता है। यह गति को बढ़ा भी सकता है, एक बढ़ती धुंधली छवि के साथ। चित्रा 6 एक परीक्षण टैंक में बनाया गया था, जिसमें एक सरल डॉल्फिन एसएएस था, जो कि न्यक्विस्ट गति के 3x पर काम कर रहा था।

2018 में QNA को नेवल सरफेस वारफेयर सेंटर, पनामा सिटी डिविजन, (NSWC PCD), पनामा सिटी, FL से उन्नत, निम्न शक्ति, साइडस्कैन सोनार तकनीक का प्रदर्शन करने के लिए अनुबंध दिया गया। चरण 1 पूरा हो गया है और भविष्य के प्रकाशनों में परिणाम प्रस्तुत किए जाएंगे।

चित्र 5: DOLPHIN ™ प्रसंस्करण के साथ अतिव्यापी दो सोनार विशिष्ट नादिर अंतराल को भरते हैं। चित्र: QinetiQ उत्तरी अमेरिका व्यावहारिक अनुप्रयोग
डॉल्फिन प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी को संचार, सोनार और टेलीमेट्री सिस्टम पर लागू किया जा सकता है। व्यवहार में यह कई बाजारों और अनुप्रयोगों को लाभ देगा। सैन्य संचालन से नेटवर्किंग, गुप्त संचार, बेहतर थ्रूपुट और कठिन ध्वनिक स्थितियों के लिए सहनशीलता में वृद्धि होगी। डोलफिन मानव रहित सिस्टम के नेटवर्क को और अधिक तेज़ी से और मज़बूती से खोजने और गहरे पानी में और सर्फ ज़ोन में खानों को बेअसर करने की कल्पना कर सकता है। व्यावसायिक रूप से तेल और गैस, और कुछ हद तक अपतटीय नवीकरण, स्थापना और निरीक्षण, रखरखाव और मरम्मत (आईएमआर) दोनों के लिए सीफ्लोर निवासी प्रणालियों की तलाश कर रहे हैं। इन पानी के नीचे के अनुप्रयोगों को पारंपरिक उपग्रह और रेडियो नेटवर्क से जुड़े मोबाइल उपकरणों द्वारा दी गई उपयोगिता, स्थिति नेविगेशन और समय (पीएनटी) और डेटा कनेक्टिविटी से काफी लाभ होगा।

इन बाजारों से भी बेहतर सोनार को फायदा होगा। तेजी से सोनार अग्रिम गति के साथ मेरा शिकार कवरेज की दर बढ़ जाएगी और एसएसएस / "अंतराल" को भरने के लिए सिस्टम को दो बार सर्वेक्षण नहीं करना होगा। संचालन और रखरखाव की जरूरतों का समर्थन करने के लिए ऊर्जा बुनियादी ढाँचा जल्दी तैयार होगा। महासागर विज्ञान और अन्वेषण से मानचित्रण कवरेज दर में वृद्धि से लाभ होगा। डॉल्फिन सीमित महासागर मानचित्रण कवरेज पर आज तक सुधार करेगी।

डॉलफिन कॉम्स एक परिवर्तनकारी तकनीक है जो पूर्ण द्वैध ध्वनिक पानी के नीचे संचार और बेहतर सोनार प्रणालियों को सक्षम बनाती है। क्षेत्र परीक्षण में प्रौद्योगिकी को मान्य किया गया है। रक्षा अनुप्रयोगों में योजना और विकास परियोजनाएं चल रही हैं।

वाणिज्यिक और वैज्ञानिक अनुप्रयोग और परीक्षण बहुत रुचि के हैं। जबकि कोर तकनीक तैयार है, समय के साथ उत्पाद की कई परतें और "सिस्टम ऑफ सिस्टम" घटनाक्रम विकसित होंगे। हार्डवेयर निर्माताओं, सॉफ्टवेयर डेवलपर्स और अंतिम उपयोगकर्ताओं का एक मजबूत पारिस्थितिकी तंत्र अंतर्निहित, सक्षम तकनीक के आसपास परिपक्व होना चाहिए। उपयुक्त, सहयोगी प्रयास के साथ, यह मान लेना उचित है कि कई उत्पाद और एप्लिकेशन डॉल्फिन सक्षम हो जाएंगे।

लेखक आत्मकथाएँ
जस्टिन मैनली स्टार्टअप, सार्वजनिक निगम, शैक्षणिक और सार्वजनिक क्षेत्रों में अनुभव के साथ एक टेक्नोलॉजिस्ट और कार्यकारी है। MIT में पेशेवर भूमिकाओं के बाद, NOAA का समर्थन करते हुए और निजी क्षेत्र में उन्होंने मानव रहित और अंडरसीट सिस्टम पर ध्यान देने के साथ विभिन्न प्रकार के ग्राहकों का समर्थन करने के लिए 2015 में जस्ट इनोवेशन इंक की स्थापना की।

माइकल मर्फ्री QinetiQ उत्तरी अमेरिका में समुद्री प्रणालियों के लिए संचार और निगरानी प्रौद्योगिकी प्रबंधक है। माइकल के पास अंडरसीट सिस्टम्स इंजीनियरिंग, सॉफ्टवेयर और ऑटोमेशन के साथ-साथ ध्वनिक संचार के साथ अपने वर्तमान काम का अनुभव है।

ग्रेग फोलेट्स QinetiQ उत्तरी अमेरिका में समुद्री प्रणालियों के लिए व्यवसाय विकास के निदेशक हैं। उनके पास मानव रहित प्रणालियों में 30 वर्षों का अनुभव है और एक इंजीनियर के रूप में मेरा युद्ध और अमेरिकी नौसेना के लिए एक कार्यक्रम प्रबंधक है। ग्रेग 2007 से मानवरहित प्रणालियों और सोनार प्रौद्योगिकी पर ध्यान केंद्रित करने के साथ निजी क्षेत्र की रक्षा समुदाय में लगे हुए हैं।