Techniek zorgt voor directe communicatie tussen onderzeeër en vliegtuig

Amerikaanse onderzoekers van MIT hebben een techniek ontwikkeld waarmee onderzeeërs kunnen communiceren met vliegtuigen. Normaal gesproken kunnen onderzeeërs geen data versturen vanuit het water naar de lucht, maar daar hebben de wetenschappers iets op gevonden.

De onderzoekers hebben de situatie van een onderzeeër en een vliegtuig nagebootst door een speaker in een zwembad te leggen en naar het wateroppervlak te richten. De geluidsgolven van de speaker bootsen de sonar van onderzeeërs na en zodra de drukgolven het wateroppervlak raken, creëren ze kleine trillingen. Die kunnen niet zomaar worden gedetecteerd; daarvoor moet een speciale zeer gevoelige radar worden gebruikt. Die kan de veranderingen aan het wateroppervlak detecteren, die door de geluidsgolven worden veroorzaakt. Om de technologie te laten werken, hebben de onderzoekers een aantal uitdagingen overwonnen, zoals ervoor zorgen dat de radar het wateroppervlak 'herkent' en het detecteren van de kleine golven afkomstig van de sonar.

De technologie heet translational acoustic-RF communication en werkt doordat het sonarsignaal kleine trillingen veroorzaakt op verschillende frequenties. Die corresponderen met de nullen en enen van binaire data. Een radar, die werkt op frequenties van 30GHz tot 300GHz, kan de kleine veranderingen aan het wateroppervlak detecteren, waarna de bits kunnen worden omgezet in betekenisvolle data.

Een ruwe zee is vooralsnog echter wel een spelbreker voor deze communicatietechniek. Er worden algoritmes ingezet voor het verwerken van de signalen en om onderscheid te maken tussen de kleine trillingen van de sonar en grotere die afkomstig zijn van bijvoorbeeld golven in zee. De watergolven mogen vooralsnog niet groter zijn dan 16 centimeter, anders is het systeem niet in staat om de signalen te decoderen. De onderzoekers hopen het systeem door te ontwikkelen zodat het ook werkt bij grotere golven.

Het team MIT-wetenschappers erkent dat de technologie nog in de kinderschoenen staat. Zo kunnen er vooralsnog niet meer dan een paar honderd bits per seconde worden verstuurd; daarvoor wordt een techniek genaamd Orthogonal Frequency Division Multiplexing gebruikt. En het gaat voorlopig alleen nog om een uplink: de techniek is niet inzetbaar om communicatie vanuit een vliegtuig naar de onderzeeër mogelijk te maken.

De onderzoekers stellen dat de techniek veelbelovend is en niet alleen inzetbaar is om onderzeeërs data te laten versturen naar vliegtuigen. Zo kan de techniek worden ingezet om vliegtuigen te vinden die in zee zijn gestort en onvindbaar zijn. Ook kan het worden gebruikt voor sensoren onder het wateroppervlak die data over de staat van bijvoorbeeld koraalriffen direct kunnen doorsturen. En als data direct naar vliegtuigen kan worden gestuurd, zijn er geen boeien aan de oppervlakte meer nodig om de sonargolven op te vangen en de informatie in de vorm van radiosignalen door te sturen.

Het onderzoek is gepubliceerd onder de titel Networking across Boundaries: Enabling Wireless
Communication through the Water-Air Interface.

Reacties (53)

[Sjaak2k]

“Een ruwe zee is daarbij niet per se een spelbreker”
“De watergolven mogen vooralsnog echter niet groter zijn dan 16 centimeter, anders is het systeem niet in staat om de signalen te decoderen.”

Lijkt me dat dit toch vooralsnog op een zeer kalme zee werkt. 16cm hoge golven zijn niet erg hoog voor open zee lijkt me.

[Koekiemonsterr]

Ja klopt, ik pas die bewoordingen iets aan. Vooralsnog moet er inderdaad sprake zijn van een vrij kalme zee. Het punt is meer dat in theorie ruwere wateren geen spelbreker hoeven te zijn voor deze technologie, maar op dit moment is dat inderdaad nog wel zo. Ze hopen de techniek zo te verfijnen dat die 16 centimeter steeds hoger wordt.

[Arcticwolfx]

Tussen de golven door misschien?

Ik vraag me ook af hoe lang een vliegtuig, wat toch altijd een behoorlijke snelheid heeft, het signaal kan opvangen bij het overvliegen.

[Cheetah_777]

Ik vraag me ook af hoe lang een vliegtuig, wat toch altijd een behoorlijke snelheid heeft, het signaal kan opvangen bij het overvliegen.

Cirkeltje vliegen? Gaat sneller dan een duikboot naar de oppervlakte (of periscoopdiepte) brengen. Ook zal deze techniek gaan om berichten te versturen die hoge prioriteit hebben en niet om bijvoorbeeld de bemanning met het thuisfront te laten skype-n.

[Gelomidor]

Als je cirkelt veraad je mogelijk wel de positie van de onderzeeer?

[Cheetah_777]

Als je cirkelt veraad je mogelijk wel de positie van de onderzeeer?

TARFcan achieve throughputs of 100 bps, 200 bps and400 bps for BPSK, QPSK and 16-QAM modulation respectively. This can be explained by the100Hzbandwidth and the corresponding modulation schemes. These throughputsare similar to standard communication rates for underwater acoustic communication links [46].
http://www.mit.edu/~fadel/papers/TARF-paper.pdf
Ah. Met deze hoeveelheden data(zie snelheid) lijkt cirkelen me inderdaad niet nodig.
Misschien eerder om bijvoorbeeld een para coördinaten door te sturen van doelwit, of volgende rendevous point of iets anders James Bond-achtigs.

https://www.quora.com/How...te-with-the-outside-world
The system that can travel through water is known as ELF. Operates at the 3-300 hertz range. In our terms that's one typed character every 5 minutes. It's ONLY use is as described, a "doorbell" as we used to call it.

https://www.globalsecurit...systems/ship/sub-comm.htm
VLF [Very low frequency 3 kHz - 30 kHz 100 Km - 10 Km ] This band can penetrate several meters below seawater and can transmit much more information than ELF, therefore it is useful for submarine communications when the submarine cannot surface, but can come close to the surface. It can be affected by salinity gradients in the ocean, but these usually do not present problems for near-surface submarines. There are natural sources of VLF radiation, but in general, like ELF, it is not strongly influenced by changes in environmental conditions therefore it is useful for reliable global communications. The transmission antennas need to be large, therefore it is primarily used for one-way communications from shore-based command centers to surface ships and submarines. It can also be used to broadcast to several satellites at once, which can in turn relay messages to the surface. The Navy's VLF systems serve as a back-up for global communication use during hostilities when nuclear explosions may disrupt higher frequencies or satellites are destroyed by enemy actions. VLF is also used for aircraft and vessel navigation beacons and for transmitting standard frequencies and time signals.

[White Feather]

Dat was het 1e waar ik aan dacht https://wetenschap.infonu...an-briesje-tot-storm.html

Windkracht 2: golven tot 30 cm
Windkracht 3: golven tot 1m
Winkracht 4: golven tot 1,5m

Het is zelden zo windstil dat de blaadjes niet meer ritselen (Windkracht 2).

Ik weet niet waar ze die onderzeeër hebben liggen, maar het zal nog wel even duren voordat dit in de praktijk bruikbaar is (if ever).

[mcDavid]

Dat is hier misschien waar, maar er zijn grote gebieden op de aarde, waar het heel vaak gewoon windstil is. Als die onderzeeërs en sensoren in de doldrums liggen, zal het geen enkel punt zijn om lange perioden van windstilte te vinden voor data overdracht.

[WillySis]

De ene golf is de andere niet. De grote, langzame golven (deining) zijn zo traag dat die vermoedelijk geen probleem vormen. De kleinere golven zijn veel sneller en die verstoren het signaal veel sterker.
Op open zee heb je voornamelijk deining. Die meestal wel meer dan 16 cm. De kleinere golven worden puur door de wind en bewegingen in het water veroorzaakt. Voor windgolven van 16 cm en meer is al een stevige wind nodig.
Bij ruwe zee is deze "interface" niet werkzaam, maar het lijkt me niet dat deze methode op open zee alleen bij uitzonderlijk windstil weer (met water zo glad als een spiegel) bruikbaar is.

[Pat-Juh]

Zolang het een rustige deining is lijkt me dat het geen probleem is, ook al is deze 2-3m. Het gaat denk ik meer om de verstoringen ten gevolge van wind, regen en brekende golven (de laatste heb je op open zee enkel als het flink waait overigens).

Maar goed . Wie weet heb ik het mis of is de vertaling wat ruim genomen...

[TheDudez]

Het is denk ik ook net een zee. Je zou eerder zeggen een rivier.

[HUIPI3]

"Zo kan de techniek worden ingezet om vliegtuigen te vinden die in zee zijn gestort en onvindbaar zijn."

Hoe gaat dit dan in zijn werk, aangezien het alleen een uplink is zal er dan toch nog steeds een onderzeeër moeten zoeken naar het neergestorten vliegtuig?

[Koekiemonsterr]

In theorie niet. Stel je zou alle passagiersvliegtuigen uitrusten met dit systeem. Een vliegtuig stort onverhoopt neer en belandt op de bodem van de oceaan. Of het sonarsignaal dan überhaupt krachtig genoeg om de oppervlakte te bereiken is een andere vraag, maar stel dat dat geen issue is. Dan kan zo'n noodsignaal worden opgepikt door een patrouillevliegtuig die met een radar is uitgerust om specifieke de trillingen aan het zeeoppervlak te detecteren. Dat is in theorie een stuk efficiënter dan bijvoorbeeld zoals het ging met de lange zoektocht naar de zwarte dozen van de neergestorte Air France Flight 447.

[MSalters]

Je gaat er dan wel van uit dat de zender de crash overleeft. Het voordeel van de huidige oplossing is dat het een relatief simpel systeem is, wat de kans natuurlijk vergroot dat het de crash overleeft. Je kunt niet veel meer informatie meesturen dan "ping", maar dat is doorgaans genoeg om de zwarte doos te vinden. AF447 was een uitzondering omdat die te diep lag, maar dan is de hierboven voorgestelde oplossing natuurlijk nog minder haalbaar.

[HUIPI3]

Nu snap ik de bedoeling, zijn alle vliegtuigen nu al uitgerust met een sonar dan of geld dit alleen voor vliegtuigen die nog neer moeten storten? (omdat het nog ingebouwd moet worden) Het filmpje laat namelijk een oud aangetast vliegtuig zien, dit is dan waar ik door werd misleid.

[JMS 450]

Een zwarte doos zend na het crashen een geluidssignaal uit zodat je dat met een (passive) sonar kan opvangen. Kanttekening is dat dit niet eeuwig doorgaat hoog uit een paar weken en dat water geluid niet altijd even goed doorgeeft. Een laag van zouter of minder zout water of een tussen stroming kan er al voor zorgen dat het geluid tegen wordt gehouden. Tel daarbij de grote van de oceaan bij op en je bent een spelt in een hooiberg aan het zoeken.

Wat ik een beetje mis is wat deze geluidsgolven nou zo bijzonder maken tov de normale ping. Die laatste is vrij luid en heeft ook al moeite om het wateroppervlak te halen. (Even daar gelaten dat het laatste wat je van je onderzeeër wil is herrie maken)

Toevoeging:
Eigenlijk is dit niets anders dan de radar/laser die wordt gebruikt om iemand door bv een raam af te luisteren. Leuke combi van technieken.

[Reactie gewijzigd door JMS 450 op 23 juli 2024 15:12]

[MewBie]

Het is denk ik handiger om gewoon een EPIRB in te bouwen in vliegtuigen.

[Koekiemonsterr]

Klopt, translational acoustic-RF communication zal niet direct heel geschikt zijn voor deze specifieke toepassing bij vliegtuigen. Het is meer dat de onderzoekers natuurlijk proberen aan te geven waarvoor het allemaal zou kunnen worden gebruikt.

[jpsch]

Maar zwarte dozen zenden al signalen uit en in zo'n situatie wil je juist iets dat makkelijk opgepikt kan worden. Of blijft dit systeem veel langer werken?

[ATS]

Er worden door vliegtuigen ook noodsignalen uitgezonden na het neerstorten. Alleen werkt dat maar een beperkte tijd.

Je kan nu ook al gewoon sonar signalen opvangen, gewoon met een schip. Dat lijkt me efficiënter dan deze techniek in proberen te zetten, vooral omdat vliegtuigen vaker vergaan in slechte weersomstandigheden dan bij vrijwel windstil weer.

[Stoelpoot]

De vliegtuigen zouden zelf de zender kunnen zijn. Maar dat is wat ongelukkig verwoord doordat overal "onderzeeër" gebruikt wordt.

[BCGraaf]

@Sjaak2k Dat viel mij ook al op. 16cm is natuurijk niet veel.

Hoe communiceren onderzeeërs nu met de buitenwereld? Laten die eens in de zoveel tijd een antenne net boven het water oppervlak komen om contact te houden. Of gaan ze onder en houden ze bijvoorbeeld 3/4 weken geen contact.

[Reactie gewijzigd door BCGraaf op 23 juli 2024 15:12]

[Lednov]

Door inderdaad eens in de zoveel tijd boven te komen. wat ook kan is een lange kabel/draad uitrollen die als antenne werkt. Ze gebruiken dan VLF, Very Low Frequencies. En daarvoor heb je een groot oppervlakte nodig omdat te ontvangen. De gebruikte antenne kan dus zomaar enkele kilometers lang zijn. Daarmee kan je dan wel onderwater blijven, alleen dieper dan 20 meter en het is wel gedaan. Ook is het alleen om berichten te ontvangen, Verzenden gaat niet.

[Standeman]

Beiden. Vaak (meestal tijdens oefeningen) lange tijd geen communicatie mogelijk en dat kan een aantal maanden duren (drie maximaal dacht ik, ligt aan de voorraden). In veilig vaarwater kunnen ze zelf naaar de oppervlakte of een boei met antenne naar boven sturen.

[JMS 450]

Komt hier idd ongeveer op neer. Er is een jaar of twee terug een serie geweest over de onderzeedienst "klaar voor onderwater" en recenter is er een boek uitgekomen over de avonturen van de zwaardvis klasse "in het diepste geheim". beide een hoog jongens boek gehalte en leuk om te kijken en te lezen.

Modernere boten hebben het scala van VHF to VLF en satelliet verbindingen maar dan moeten ze niet veel dieper dan net onder het oppervlak liggen. Of in geval van de satelliet een schotel bovenwater uitsteken.

Wat betreft deze techniek zou ik zeggen dat het juist niet voor onderzeeërs is maar voor de sensoren op een rif. Grootste probleem met geluid is dat je het maar matig kan richten in water. Immers het laatste wat je wil is dat iemand je kan vinden.

[michielvz]

Is het niet veel logischer om een onderzeeër te voorzien van een kleine bekabelde communicatiedrijver die ze naar de oppervlakte kunnen laten drijven als communicatie nodig is. Dan hoeft er geen vliegtuig over te vliegen als ze willen communiceren en kunnen ze redelijk ongezien op diepte blijven terwijl ze met iedereen kunnen communiceren.

[beany]

Zo ver ik weet werkt dat nu ook zo. Ik snap ook niet helemaal waarom deze techniek (als het wat verder doorontwikkeld is) beter zou zijn. Een communicatiedrijver is veel betrouwbaarder en daarmee is 2-weg communicatie ook veel eenvoudiger. Maar wellicht spelen er dingen in de onderzeeër wereld waar wij geen weet van hebben

[Torakk]

Denk dat het ermee te maken heeft dat als je met je zendertje aan een kabeltje zit te appen met dat vliegtuig erboven je in onverwachte situaties em niet even snel kan smeren. moet je eerst dat zendertje binnenhalen. kost tijd maar ook veel belangrijker. het maakt geluid.

Nu kunnen ze een signaal uitzenden (dat ze ook nog eens kunnen mikken waarschijnlijk) en daarmee direct stoppen als er ineens wat gebeurd. (vijandige sub ofzo). Daarmee vraag ik me ook af. Kan de passieve sonar van een andere onderzeeer dit signaal niet horen?

[michielvz]

Je zal er altijd vanuit moeten gaan dat je communicatie afgeluisterd wordt en je data daarom altijd moeten coderen lijkt me, hoe het ook wordt verzonden.

[timmera99]

De intentie is natuurlijk dat niemand behalve het eigen vliegtuig (of wellicht satelliet) waar kan nemen dat en wat er uitgezonden wordt door de sub. Signalen van drijvers, uitgerolde antennekabels of de sprietantenne bij het snorkelen kunnen door anderen opgepikt worden. Voor zover ik weet is het VLF systeem - dat alleen van grondstation naar sub gebruikt kon worden en via de sprietantenne ontvangen werd - niet meer in gebruik.

[Reactie gewijzigd door timmera99 op 23 juli 2024 15:12]

[MrBreaker]

Wat zijn dat voor pseudo wetenschappers? Iedereen weet dat het "Hello world!" is en niet "Hello! - from underwater"

[dutchruler]

Volgens mij zouden ze toch al wel een soort van gamma ray communicatie technologie kunnen gebruiken
(https://cordis.europa.eu/result/rcn/224916_en.html)

Of een ander soort van radiatie die makkelijk door water gaat en gedetecteerd kan worden vanuit een vliegtuig of een satelliet. In het simpelste geval lekker morse code. aan uit aan uit.

Zou zoiets niet al bestaan alleen wellicht niet not publiekelijk gemaakt ?

[MSalters]

Nee. Straling die makkelijk door 500 meter water gaat, gaat ook makkelijk dwars door het vliegtuig heen zonder opgevangen te worden. De enige soort straling waar dat voor geldt zijn neutrino's, en die zijn extreem lastig te detecteren.

En geloof me, dat is serieus geprobeerd. Kernonderzeërs produceren nu eenmaal van nature neutrino's, dus de Russen en Amerikanen hebben dat altijd al willen detecteren. Maar de enige neutrinodetectoren die we nu hebben zijn supergroot, op basis van miljoenen liters water, diep onder bergen.

[Anoniem: 85014]

Die aan-uit-aan-uit "morse code" zou trouwens geëncrypteerd worden met een one time pad.

Maar bij een onderzeeer is vermoedelijker nog belangrijker dan wat er gezegd wordt, dat er wat en ongeveer waar er wat gezegd wordt.

• Dat er wat gezegd wordt betekent dat er verhoogde activiteit is. M.a.w. militair ingrijpen is NU noodzakelijk volgens de tegenpartij. Dat kan je tegengaan door continu te "praten" (gewoon heel de tijd random zever uit te zenden en ertussen af en toe echte informatie)
• Ongeveer waar er wat gezegd wordt geeft de locatie van de duikboot aan de militaire tegenpartij. Dus dat continu praten bv. maakt die detectie eenvoudiger (want er is er meer van).

[Bux666]

Hoeveel last heeft het leven in de zee van deze techniek?

[Keypunchie]

Niet tot nauwelijks, dunkt me.

Het signaal is hier niet het knappe stukje. Dat is gewoon geluid. De oceaan zit vol met geluiden, op allerlei frequenties. Het gaat om de detectie en het filteren van dat signaal op het oppervlak van de oceaan, waar je normaal gesproken terminatie hebt.

[Mastakilla]

Euh... bij mijn weten verstoord al onze "geluidsvervuiling", zoals sonars enzo, toch enorm hard al het zeeleven hoor.
Er is bv een sterk vermoeden dat al die scholen walvissen en dolfijnen die regelmatig aanspoelen, komt doordat ze gewoon volledig zot zijn gedraaid van al ons lawaai.

[Keypunchie]

Volgens mij gaat dat over infra-geluid, dus de heel laag-frequente geluiden (dreunende scheepsschroeven enzo), die heel ver kunnen verplaatsen en die mogelijk invloed zouden hebben op navigatie door dieren.

Dit lijkt eerder te gaan over normaal geluid (>20Hz). Misschien als je er heel dichtbij zwemt, dat het dan klinkt als een ouderwets inbelmodem, maar onaangenamer dan dat lijkt me onwaarschijnlijk. [edit: zie update hieronder, kan inderdaad wel degelijk een issue zijn!]

De vinding is immers niet het geluid, het is dat je de radar kan inzetten om de micro-trillingen te detecteren. Daarom is het ook maar eenrichtingscommunicatie.

[edit]
Een klein beetje Wiki'en suggereert dat mid-range sonar toch wel een probleem zou kunnen zijn. Dan zou dat dus hetzelfde zijn bij gebruik van deze communicatie en zou je dezelfde mitigaties moeten toepassen.

[Reactie gewijzigd door Keypunchie op 23 juli 2024 15:12]

[EliteGhost]

Welnee, die proberen ook een evolutieslag te maken. Maar vervolgens duwen wij ze vrolijk terug
-Javier Guzman

[blorf]

Ehm, het ging over leven in de zee toch? (Waar al sonar gebruikt werd voor WO2). Lijkt me niet dat je zoiets zegt mbt luchtvervuiling door vliegtuigen...
Het hele argument dat de natuur nu ineens ergens last van zou hebben vanwege deze waarnemingstechniek slaat imho totaal nergens op...

Zeg anders gewoon dat je tegen defensie of vliegtuigen in het algemeen bent vanwege het milieu... Dan heb je een punt.

[Reactie gewijzigd door blorf op 23 juli 2024 15:12]

[Hybridsoldier01]

Sinds die tijd is de wereldbevolking, de massa-consumptie en daarmee het aantal (vracht)schepen enorm gestegen. Lawaai door scheepvaart (vooral door sonar) is wel degelijk een probleem voor zeedieren zoals walvissen die gebruik maken van geluidsgolven om te communiceren, te jagen, etc.

[Anoniem: 85014]

Zeg anders gewoon dat je tegen defensie of vliegtuigen in het algemeen bent vanwege het milieu... Dan heb je een punt.

Vliegtuigen valt nog iets voor te zeggen. Dat heeft een civiel doel. Defensie (waar die bedoeld wordt voor de aanval) vind ik vooral idioot. Duikboten hebben maar weinig te maken met verdediging. Het is vooral een aanvalswapen. Spijtig genoeg voor de perceptie van de bevolking stopt men die tuigen nog steeds bij defensie in plaats van iets dat we 'aanvallen' zouden moeten noemen. Het heeft bijna niets met verdedigen te maken. Duikboten hun hoofdbestaan is voor het vervoeren van atoomwapens. Aanvalswapens die gewoon ondenkbaar zijn om ooit te gebruiken.

Daar moeten ze de walvissen niet voor opofferen. Gewoon internationaal verbieden en duikboten die we spotten meteen torpederen. Omdat ze de walvissen lastigvallen. De soldaatjes en machthebbertjes die graag aanvalswapens hebben moeten maar gewoon zwijgen en accepteren dat we de walvissen absoluut belangrijker vinden dan hun mening en hun job.

Maar helaas (voor oa. de walvissen) heb ik het hierover niet voor het zeggen.

[Hybridsoldier01]

Amen.

[Pimmetje16]

Het lijkt mij voor levende wezens in de zee niet prettig als ze deze techniek gaan gebruiken voor sensor data door te sturen. Verder moet een vliegtuig wel ongeveer weten waar de onderzeeër zich bevind. Dat lijkt me in veel gevallen lastig.

De techniek op zichzelf is misschien wel mooi. Ik zie er zelf niet direct een nuttige toepassing voor.

[ghost010]

Kunnen ze dan niet beter morscode omzetten in data? Of 1 van de andere communicatie mogelijkheden? Of is een relay te veel moeite/tijd? En is directe communicatie zo belangrijk?