在鎖定另一個激光通信終端后，遠程操作車輛和水下終端發出粗采集穩定光束。林肯實驗室的研究人員正在應用窄束激光技術使水下飛行器之間的通信成為可能。大約五年前，美國國家航空航天局和林肯實驗室創造了歷史，當時月球激光通信演示(LLCD)利用脈沖激光束將繞月衛星的數據以每秒622兆比特的破紀錄下載速度傳輸到地球，距離地球超過23.9萬英里。

現在，林肯實驗室的研究人員正致力于將激光激光技術應用于水下通信，從而再次開辟新的領域。“我們的水下工作和LLCD都利用非常狹窄的激光束為合作終端提供必要的能量，以實現高速率通信，”Stephen Conrad說，他是控制和自主系統工程小組的一名工作人員，他為LLCD開發了指向、獲取和跟蹤(PAT)算法。“在使用窄波束技術方面，海底作業和LLCD有很多相似之處。”

然而，水下激光通信(lasercom)提出了自己的一系列挑戰。在海洋中，激光束受到顯著的吸收和散射的阻礙，這限制了光束的傳播距離和數據信號速率。為了解決這些問題，實驗室正在開發窄束光通信，利用一艘水下航行器發出的光束精確地指向另一艘水下航行器的接收終端。

這種技術與更為常見的水下通信方法形成對比，后者將發射波束發送到廣角，但降低了可實現的范圍和數據速率。“通過展示,我們可以成功地獲取和跟蹤兩個移動車輛之間的狹窄的光束,我們邁出了重要的一步證明實驗室的可行性的方法實現海底通信是現代方法比其他更有效的10000倍,”斯科特·漢密爾頓說,光通信技術集團的領導人,這是這個研發到海底通信指揮。

大多數地面自主系統依靠GPS定位和定時數據;然而，由于GPS信號不能穿透水面，水下車輛必須找到其他方法來獲取這些重要數據。“水下飛行器依靠大型昂貴的慣性導航系統來計算位置，該系統結合了加速度計、陀螺儀和羅盤數據，以及其他可用的數據流，”研究小組的Thomas Howe說。“位置計算對噪音很敏感，當車輛在水下停留很長一段時間時，它可以迅速累積數百米的誤差。”

這種位置的不確定性使海底終端難以定位和建立與入射窄光束的連接。出于這個原因,“我們收購實現掃描功能,用于快速轉換梁對不確定的地區,這樣的同伴終端能夠探測光束并積極鎖定保持集中在激光通信終端的采集和通訊探測器,”研究員尼古拉斯·哈迪解釋道。使用這種方法，兩輛汽車可以定位，跟蹤，并有效地建立一個環節，盡管每個車輛的獨立運動水下。

一旦兩個激光通信終端相互鎖定并通信，通過在通信波形中使用寬帶信令特性，就可以非常精確地確定兩個車輛之間的相對位置。豪解釋說，用這種方法，車輛之間的相對方位和距離可以精確地知道，在幾厘米以內。為了測試他們的水下光通信能力，研究小組的6名成員最近在馬薩諸塞州列克星敦市的波士頓體育俱樂部游泳池完成了一項精確光束指向和兩輛移動車輛之間快速采集的演示。他們的測試證明，兩艘水下潛水器可以在一秒內搜索并定位對方。一旦連接起來，這些車輛就有可能利用它們已建立的連接在一個會話中傳輸數百千兆字節的數據。

今年夏天，研究小組將前往區域現場，向美國海軍利益相關者展示這種新型光通信能力。其中一個演示將涉及兩輛汽車在海洋環境中的水下通信——類似于2016年實驗室在羅德島新港海軍水下作戰中心進行的測試。研究小組正在計劃進行第二次演習，以演示從水面到水下飛行器的通信——這一提議此前被證明幾乎是不可能的。

海底通信工作可以利用實驗室其他小組進行的創新工作。例如，集成的藍綠光電技術，包括氮化鎵激光陣列和硅蓋格雪崩光電二極管陣列技術，可以降低尺寸、重量和功率終端的實現，并增強通信功能。此外，在從渾濁水域的數十米到清澈海水的數百米的距離內，以每秒兆位到每秒千兆的速度傳輸數據的能力將使海底系統應用成為實驗室正在探索的領域。在進入實驗室之前和之后都對水下飛行器做了大量的工作，他說團隊的工作可以改變水下通信和操作。“高速率、可靠的通信可能徹底改變水下航行器的操作，并從目前的操作方法中消除許多不確定性和壓力。”

本位來自麻省理工大學官網，譯文僅供參考。