海军通信系统建模与仿真

水下通信

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通信系统的建模和仿真是用户在没有风险的情况下实时开发、实现和分析网络的必要条件. 为满足需求,可扩展开发了 EXata 通信系统仿真软件. EXata是一套用于模拟大型有线和无线网络的综合工具. EXata提供了一种具有成本效益和易于使用的替代品,以替代通常需要高设备成本的物理测试床, 复杂的设置需求和有限的可伸缩性.

用户能够以高性能工作, 高保真, 通信系统模拟发动机, 在其中可以创建一个极其精确的“虚拟”模型环境, 然后通过一系列场景进行分析,以确定哪些地方存在弱点或故障模式需要解决. 这允许一个基于实验室的可重复的降低风险的工作环境, 可验证和高成本效益.

EXata提供通信可视化和通信系统仿真的能力是美国海军选择利用EXata仿真软件实现水下通信建模和通信可视化的原因. EXata将为声学和光学通信建模,并将帮助海军分析和评估网络性能,包括反接入/区域封锁(A2/AD)和断开, 打断了, 低带宽(DIL)环境.

EXata和美国海军能够为未来的战争做准备,并找到新的和创新的方法来利用水下通信. 无人水下航行器(uvs)具有隐形监视的潜力, 特别是在浅水和航道等对潜艇造成困难的地区. 然而, 指挥控制所需要的水下通信环境, 传感器数据的传输也有自己的挑战. 声道容易变形, 多路径效应, 和噪音, 而且数据传输速率很低. 水下激光可以实现很高的数据传输速率,但由于在海水中被吸收,其范围非常有限. 无人潜航器的电池寿命有限,必须返回水下工作站进行充电和传输数据, 然后必须转移到水面或海岸. 成群的无人潜航器将需要在敌对环境中进行控制.

EXata将建模声学和光学通信,而 场景的球员 将提供通信可视化,以帮助海军分析和评估网络性能,包括反访问/区域封锁(A2/AD)和断开, 打断了, 低带宽(DIL)环境. EXata将能够分析水下网络的弹性和自修复性能, 并帮助海军制定保证任务的网络政策.

利用网络数字孪生对多域战场网络建模

多域网络规划者和运营商可以使用数字双胞胎来适应不断变化的流量和资源需求,以及协议和技术的变化. 使用网络数字孪生, 他们可以安全地试验不同的解决方案, 确定其网络的最优配置,并在高保真度下评估其对网络攻击的弹性, 易于使用的, 容易积分, 实时, 或比实时更快的实时虚拟构建环境,具有深入的可视化和分析能力. 本次网络研讨会将描述和演示SCALABLE的仿真平台, EXata, 可用于创建和利用多领域WM真人,包括:

  • 多域网络数字孪生技术
  • 多域网络数字孪生的应用和好处
  • 多域网络数字双功能演示

多领域-从海底到太空

高保真, 基于物理的海底和多领域网络, 通信和网络建模和仿真. 水下通信网络(UCN)是当前和未来涉及海底勘探的军事和商业应用的推动者, 监控, 和监测.

  • UCNs模拟器可用于研究水下实时指挥与控制, 数据传输, 和漏出
  • UCN模拟器用于军事和民用环境下的现实操作条件下的训练
  • UCN-X是M&基于EXata网络的UCNs系统可以用于模拟跨水下网络的端到端通信, 漂浮, 上岸, 航空和天基资产

 

水下通信网络库

水下通信网络(UCN)模型库可以集成到QualNet中, EXata, 和无损检测, 增加对水声和光通信的支持. UCN模型将能够分析水下网络的弹性和自修复性能, 并提供通信可视化和通信系统仿真. 它提供了水声和自由空间光学通信的高保真模拟.

传播模型:

BELLHOP声学传播模型:BELLHOP是一种用于预测海洋环境中声压场的波束跟踪模型. 它允许在声速剖面(SSP)的变化折射光束远离直线路径. 还计算了来自海洋表面和海底的光线反射. 它还选择性地包括几何扩散和索普吸收过程. 因为光束追踪运行起来相当缓慢, 环境的属性是在运行EXata模拟之前计算的. 从光束跟踪获得的值被加载到模拟中以提供路径损失, 到达延迟, 多径干扰值.

索普声Pathloss模型:-海洋中的声音损失是由于传播和吸收, 两者都在UCN中建模. 在深水中,扩散为球形,在浅水中,扩散为圆柱形. 在这两种情况下,损耗都是源与接收机之间距离的逆幂. 吸收是由于溶解在水中的分子的作用, 这是频率相关的, 它造成的能量损失是距离的指数函数. 索普吸收模型包括最重要的声吸收模式的术语,适用于大约100 Hz和50kHz之间的频率范围.

Beer-Lambert光学失路模型:光在海水中传播既被散射又被吸收. 吸收和散射系数与波长有关,而且与溶解在水中的矿物质和漂浮在水中的微粒物质有关. 这些参数通常被称为介质的固有光学参数(IOPs).

物理层模型:

声学PHY模型是以抽象PHY模型为基础的. 在无线模型库中描述了抽象PHY模型.

在海底环境中有许多声源. 在用于声学通信的频率范围内, 主要的噪声源是风和航路. 其他环境噪声源包括湍流、雨和热噪声. 人为来源还包括通信设备, 声纳, 而爆炸则是地震勘探造成的. 海洋生物,尤其是鲸鱼和虾,也会产生噪音. 当水下通信节点接收到信号时, 接收器也能接收到周围的噪音. 这噪音, 与来自其他发射机的信号结合, 以及符号间干扰, 降低接收方正确辨别接收信号的能力.

光学PHY模型是以抽象PHY模型为基础的, 在无线模型库中描述了什么. 将抽象PHY模型扩展到包括光束传输和接收的几何因素, 光学噪声模型, 以及支持Non-Return to Zero On-Off Keyed (NRZ-OOK)编码方案的接收机模型. 光学PHY模型使用天线图案和一些几何术语的组合来确定接收信号的强度. 天线模型支持发射机或接收机所安装平台的方向以及接收机的安装角度相对于平台的指向方向.

光噪声模型包括来自散射阳光和内部接收器噪声的噪声源. 太阳是一种强大的光源, 来自太阳的一些光由于在水中散射而到达接收器. 单散射模型是用来近似的太阳光进入接收器, 光从光束中散射出去,但不会回到光束中. 光线散射到接收器取决于接收器的指向方向, 深度, 和IOPs.

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EXata的主要特点

实时仿真器

与其他现场设备和应用程序无缝接口

网络测试

测试您的网络对网络攻击的弹性

网络数字双

在低成本、零风险的环境中测试您的网络

可伸缩性

为数千个并行执行的节点建模

模型保真度

模型精确地模拟真实世界的行为

商业企业, 教育机构, 世界各地的政府机构都依赖可靠的, 提供关键业务的有效网络, 关键任务的通信, 和信息. 可扩展拥有一支经验丰富的专业技术团队,为任何规模的客户和项目提供支持,并利用我们先进的网络数字孪生技术解决具有挑战性的问题.

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