(57)【要約】      （修正有）【課題】水雷を密かに発射する迅速な、かつ、費用対効果に優れた方法を提供する。【解決手段】ネットワークは、弾頭を有する無人水中機（ＵＡＱＶ）１０２を備える。光ファイバケーブルは、双方向性であり、ネットワーク内部及びＵＡＱＶへの通信を可能にさせる閉じたリング構造をしている。電力グリッドケーブルは、閉じたリング構造であり、電力を供給する発電機に結合されている。ノードは、光ファイバケーブル及び電力グリッドケーブルに結合されている。中継局は、ノードに結合され、ＵＡＱＶと通信している。制御センタは、ＵＡＱＶと通信し、ＵＡＱＶの遠隔制御、及び、発射前のＵＡＱＶの遠隔制御のための航行計画のプログラミングを実現し易くする。光ファイバケーブル、電力グリッドケーブル、ノード及び中継局は、動作中に水中に位置する能力をもっている。ＵＡＱＶ、開放水域から水中に発射される能力をもっている。【選択図】図７
2015205677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中船のための通信ネットワークであって、
弾頭を有する無人水中機と、
双方向性であり、前記ネットワーク内部及び前記無人水中機への通信を可能にさせる閉じたリング構造である光ファイバケーブルと、
閉じたリング構造であり、前記ネットワーク内部及び前記無人水中機に電力を供給する発電機に結合されている電力グリッドケーブルと、
前記光ファイバケーブル及び前記電力グリッドケーブルに結合されているノードと、
前記ノードに結合され、前記無人水中機と通信している中継局と、
前記無人水中機と通信し、（ｉ）前記無人水中機の遠隔制御と（ｉｉ）発射前の前記無人水中機の前記遠隔制御のための航行計画のプログラミングとを実現し易くする制御センタと、
を備え、
前記光ファイバケーブル、前記電力グリッドケーブル、前記ノード及び前記中継局は、動作中に水中に位置する能力をもち、
前記無人水中機は、開放水域から水中に発射される能力をもっている、通信ネットワーク。
【請求項２】
前記無人水中機は、スマート・ミニ水雷である、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項３】
前記通信ネットワークは、複数の無人水中機を含む、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項４】
前記通信ネットワークは、複数の制御センタを含む、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項５】
前記実現し易くすること及びプログラミングは、いかなる時点でも前記制御センタのいずれかによる、請求項４に記載の通信ネットワーク。
【請求項６】
ＳＯＮＡＲ技術が偵察のため使用される、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項７】
前記無人水中機は、潜望鏡をさらに備える、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項８】
前記航行計画は、経路、速度プロファイル、標的船の船体サイズシグネチャ、エンジン音シグネチャ、及び放出される弾頭の型を含む、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項９】
前記無人水中機は、前記弾頭が非致命的であるとき、回収可能かつ再使用可能である、請求項８に記載の通信ネットワーク。
【請求項１０】
ユーザが前記無人水中機の前記遠隔制御及び前記無人水中機の遠隔制御のための前記航行計画の前記プログラミングを提供する、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項１１】
前記ノードは、第２のノードから１０マイルと１００マイルとの間に位置している、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項１２】
前記ネットワーク内部の前記通信は、移動体通信、衛星通信、又は光ファイバ通信による、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項１３】
アンテナを有し、前記中継局と通信している水中船をさらに備え、
前記水中船が浮上させられたとき、前記水中船は、前記通信ネットワーク内部の移動体通信のための基地局である、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項１４】
アンテナ付きの潜望鏡を有し、前記中継局と通信している水中船をさらに備え、
前記水中船が浮上させられているとき、前記水中船は、前記通信ネットワーク内部の移動体通信のための基地局である、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項１５】
前記ノードは、イーサネット宛先アドレス及びイーサネット発信元アドレスに基づいて動的スイッチングを行うスイッチ又はルータをさらに備える、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項１６】
前記中継局と前記無人水中機との間の通信を可能にさせる第２の光ファイバケーブルをさらに備え、
前記中継局と前記無人水中機との間の前記通信は、前記第２の光ファイバケーブルの長さに基づいて前記中継局の周りのある半径に対して維持される、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項１７】
前記光ファイバケーブルは、８０Ｇｂｐｓより高い通信スループットを発生させる、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項１８】
前記電力グリッドケーブルは、１４．４ｋＶより大きい電気を供給する、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項１９】
前記発電機は、前記中継局から２００マイルより遠くに位置している、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項２０】
前記ネットワークは、第３の光ファイバケーブルによって第２のネットワークに接続する、請求項１に記載の通信ネットワーク。
【請求項２１】
水中船のための通信方法であって、
弾頭を有する無人水中機を準備することと、
双方向性であり、ネットワーク内部及び前記無人水中機への通信を可能にさせる閉じたリング構造である光ファイバケーブルを位置決めすることと、
閉じたリング構造であり、前記ネットワーク内部及び前記無人水中機に電力を供給する発電機に結合されている電力グリッドケーブルを位置決めすることと、
ノードを前記光ファイバケーブル及び前記電力グリッドケーブルに結合することと、
前記無人水中機と通信している中継局を前記ノードに結合することと、
前記無人水中機と通信し、（ｉ）前記無人水中機の遠隔制御、及び（ｉｉ）発射前の前記無人水中機の前記遠隔制御のための航行計画をプログラミングすることを実現し易くする制御センタを準備することと、
を備え、
前記光ファイバケーブル、前記電力グリッドケーブル、前記ノード及び前記中継局は、動作中に水中に位置する能力をもち、
前記無人水中機は、開放水域から水中に発射される能力をもっている、通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、米国仮出願No.61/891,029（出願日：２０１３年１０月１５日）に基づく優先権を主張し、上記仮出願は、これを参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
従来的に、ＭＫ−４８ｓ及びＭＫ−４６ｓのような水雷は、水上艦又は潜水艦であることができる敵水中船を破壊するために設計されている。これらの水雷は、典型的に、水雷と発射ユニットとの間で光ファイバ技術を使って発射ユニットから発射される。これらの水雷のホーミング装置は、船首エリアに設置された能動的／受動的ＳＯＮＡＲ（ＳＯｕｎｄ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）又は磁束センサであることができる。典型的に、水雷は、船尾エリアに位置する１個のエンジン／シャフト／プロペラを有する。
【背景技術】
【０００３】
典型的に、水中光ファイバネットワークは、陸上に位置する２つの固定点（ポイント・ツー・ポイント）を接続する。陸上ユーザは、インターネット及び／又は電話通信を通してこの技術を利用する。この構成を用いると、典型的に、水中でのスイッチング機能又はルーティング機能がない。無人空中機（ＵＡＶ）及び無人陸上機（ＵＧＶ）は、既知であり、通常は、単一の任務を行って単独で動作する。
【０００４】
本発明のその他の利点は、添付図面と併せて考慮されたときに同じことが以下の詳細な説明を参照することによって十分に理解されることになるので容易に認められるであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願に開示されているのは、水中船のための通信ネットワークである。このネットワークは、弾頭を有する無人水中機を含む。光ファイバケーブルは、双方向性であり、このネットワークの内部での、及び、無人水中機への通信を可能にさせる閉じたリング構造をしている。電力グリッドケーブルは、閉じたリング構造であり、ネットワーク内部で電力を供給する発電機及び無人水中機に結合されている。ノードは、光ファイバケーブル及び電力グリッドケーブルに結合されている。中継局は、ノードに結合され、無人水中機と通信している。制御センタは、無人水中機と通信し、（ｉ）無人水中機の遠隔制御と、（ｉｉ）発射前の無人水中機の遠隔制御のための航行計画のプログラミングとを実現し易くする。光ファイバケーブル、電力グリッドケーブル、ノード及び中継局は、動作中に水中に位置する能力をもっている。無人水中機は、開放水域から水中に発射される能力をもっている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】スマート・ミニ水雷（ＳＭＴ）コンポーネント・レイアウトの平面図である。
【図２Ａ】潜望鏡設計の側面図の実施形態例である。
【図２Ｂ】潜望鏡設計の側面図の実施形態例である。
【図３】弾頭付きのＳＭＴの実施形態例の側面図である。
【図４Ａ】母艦の平面図の実施形態例である。
【図４Ｂ】母艦の側面図の実施形態例である。
【図４Ｃ】母艦の正面図の実施形態例である。
【図５】母艦の一実施形態の平面図である。
【図６】母艦コンポーネント・レイアウトの実施形態例を例示する図である。
【図７】母艦とＵＡＱＶとの間の通信の実施形態例である。
【図８】水中船のための通信ネットワークの一実施形態を示す図である。
【図９】水中船のための通信ネットワークの実施形態例を例示する図である。
【図１０】複数のＮＤＦＮの実施形態例を示す図である。
【図１１】ＮＤＦＮの実施形態例を示す図である。
【図１２】ノード論理設計のための実施形態例を描く図である。
【図１３】イーサネット(登録商標）・スイッチ／ルータ要素の実施形態例を示す図である。
【図１４】ＮＤＦＮコンポーネント・イーサネット割り当ての一実施形態を描く図である。
【図１５】中継局論理設計の実施形態例を示す図である。
【図１６】水中船のための通信方法のフローチャートを例示する図である。
【図１７】ＮＤＦＮの実施形態例を例示する図である。
【図１８】ＮＤＦＮの実施形態例を描く図である。
【図１９】ＮＤＦＮの実施形態例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本願に開示されているのは、水中船のための通信ネットワークである。ネットワークは、弾頭を有する無人水中機を備える。光ファイバケーブルは、双方向性であり、ネットワーク内部で及び無人水中機に通信ができるようにする閉じたリング構造をしている。電力グリッドケーブルは、閉じたリング構造であり、ネットワーク内部で電力を供給する発電機及び無人水中機に結合されている。ノードは、光ファイバケーブル及び電力グリッドケーブルに結合されている。中継局は、ノードに結合され、無人水中機と通信している。制御センタは、無人水中機と通信し、（ｉ）無人水中機の遠隔制御と、（ｉｉ）発射前の無人水中機の遠隔制御のための航行計画のプログラミングとを実現し易くする。光ファイバケーブル、電力グリッドケーブル、ノード及び中継局は、動作中に水中に位置する能力をもっている。無人水中機は、開放水域から水中に発射される能力をもっている。
【０００８】
一実施形態では、無人水中機は、スマート・ミニ水雷でもよく、潜望鏡をさらに含むことができる。無人水中機は、弾頭が非致命的であるとき、回収可能かつ再使用可能であることがある。
【０００９】
通信ネットワークは、複数の無人水中機を含むことができ、複数の制御センタを含むことができる。ネットワーク内部の通信は、移動体通信、衛星通信又は光ファイバ通信であることがある。ＳＯＮＡＲ技術は、偵察のため使用されることができる。
【００１０】
容易化すること及びプログラミングは、いつでも制御センタのいずれかによることがある。ユーザは、無人水中機の遠隔制御と、無人水中機の遠隔制御のための航行計画のプログラミングと、を行うことができる。航行計画は、ルート、速度プロファイル、標的船の船体サイズシグネチャ、エンジン／プロペラ音シグネチャ、及び、放出される弾頭の型を含むことができる。
【００１１】
ノードは、第２のノードから１０マイル乃至１００マイルに位置することができる。ノードは、イーサネット宛先アドレス及びイーサネット発信元アドレスに基づいて動的なスイッチングを実行するスイッチ又はルータをさらに備えることができる。
【００１２】
一実施形態では、ネットワークは、アンテナを有し、中継局と通信している水中船をさらに備えることがある。水中船が浮上させられたとき、水中船は、通信ネットワーク内部の移動体通信のための基地局でもよい。別の実施形態では、ネットワークは、衛星アンテナ付きの潜望鏡を有し、中継局又は制御センタと通信している水中船をさらに備えることができる。水中船が潜望鏡の長さの範囲内で沈められたとき、水中船は、通信ネットワーク内部の移動体通信のための基地局でもよい。さらなる実施形態では、水中船が深く又は潜望鏡の長さを超えて沈められたとき、水中船は、スマート・ミニ水雷のためのスイッチングハブでもよい。
【００１３】
別の実施形態では、ネットワークは、第２の光ファイバケーブルをさらに備えることができる。第２の光ファイバケーブルは、中継局と無人水中機との間で通信を可能にすることができる。中継局と無人水中機との間の通信は、第２の光ファイバケーブルの長さに基づいて中継局の周りのある半径に対して維持されることができる。ネットワークは、第３の光ファイバケーブルによって第２のネットワークにつながることができる。
【００１４】
実施形態例では、光ファイバケーブルは、８０Ｇｂｐｓより高い通信スループットを生じることができる。電力グリッドケーブルは、１４．４ｋＶより大きい電気を供給できる。発電機は、中継局から２００マイルより離れて位置することができる。
【００１５】
さらに、水中船のための通信方法も開示される。この方法は、弾頭を有する無人水中機を準備することを備える。双方向性であり、かつ、閉じたリング構造である光ファイバケーブルは、ネットワーク内部での、かつ、無人水中機への通信を可能にするため位置決めされる。閉じたリング構造であり、かつ、発電機に結合された電力グリッドケーブルは、ネットワーク内部で、かつ、無人水中機に電力を供給するため位置決めされる。ノードは、光ファイバケーブル及び電力グリッドケーブルに結合される。中継局は、ノードに結合され、中継局は、無人水中機と通信している。無人水中機と通信している制御センタが設けられ、無人水中機の遠隔制御と、発射前の無人水中機の遠隔制御のための航行計画のプログラミングとを実現し易くする。光ファイバケーブル、電力グリッドケーブル、ノード及び中継局は、動作中に水中に位置する能力をもっている。無人水中機は、開放水域から水中に発射される能力をもっている。
【００１６】
一実施形態では、通信ネットワークは、複数の無人水中機を遠隔制御し、発射前の水雷のような兵器のための航行計画をプログラムするために設計されている。移動体通信、衛星通信及び／又は光ファイバ通信は、通信手段を提供することができる。柔軟性があり、拡張可能であり、かつ、簡単なネットワークの設計のため、例えば、１万平方マイルを超える広い面積、及び／又は、水中の長い海岸線がネットワークによって網羅されることができる。ネットワークは、ネットワーク損傷又は故障の場合に備えて保守容易性のため設計される。
【００１７】
ネットワークは、無人水中機及びネットワーク自体のため必要とされる電力をさらに供給する。ネットワークは、複数のネットワークを１つに連結することによりさらに拡張可能であり、より広い海の地理的地域のカバレッジを可能にする。ネットワークのための制御センタは、無人水中機のための分散カバレッジを提供し、無人水中機の動的な挿入又は削除を可能にする。このようにして、制御センタは、容易に再構成可能である。
【００１８】
スマート・ミニ水雷（ＳＭＴ）は、例えば、潜水艦のように浮上及び潜水する無人水中機（ＵＡｑＶ）でもよい。図１は、スマート・ミニ水雷コンポーネント・レイアウトの平面図である。本実施例におけるＳＭＴ  １０２は、無線通信、衛星通信及び／又は光ファイバ通信と、自律航行との能力をもつＵＡＱＶ  １００である。一実施形態では、ＳＭＴ  １０２は、ＳＭＴ  １０２の船首及びＳＭＴ  １０２の船尾に位置しているエンジン１０８及びプロペラ１１０を有することができる。エンジン１０８は、１６．５ＨＰ、４８Ｖ及び５７８０ＲＰＭを有するＤＣモータ（例えば、Ｄ＆Ｄ  モーターズ  １７０−００７−００２）でもよい。パルス幅変調（ＰＷＭ）は、エンジン１０８の速度を制御するため使用されることができる。ステップモータ１１４及びホール効果センサは、精密な所望角度で方向舵及び水平制御を行う。一方が船首付近に位置し、もう一方が船尾付近に位置している浮力タンク１１６は、ＳＭＴ  １０２の浮力及びバランスを制御する。取水及び排水を制御するために２個の弁が存在する。
【００１９】
バッテリ１１８は、エンジンをサポートするために、２４Ｖリチウム・イオン（例えば、ＹＵＡＳＡ  ＬＩＭ５０−７Ｇ  ４７．５ＡＨ、最大３００Ａで２５．９Ｖ）設計でもよい。フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）がバッテリ充電回路、電流、バッテリ状態及び温度を監視するために使用されることができる。電子ボックス１２０は、電流制御及び周辺機器サブシステムを格納する。加圧空気タンク１２２は、６８ｃｉ／４５００ｐｓｉの能力をもつことができ、浮力タンク１１６から水を押し出すことにより浮力を制御するために使用されることができる。
【００２０】
ＳＭＴ  １０２は、粘性流体抵抗を低減するために、最小限のサイズ及び重量をもつ流線型であるように設計される。ＳＭＴ  １０２の船体１１２は、実施形態例では、船首及び船尾の両方で楕円形に成形され、船首と船尾との間に円筒形に成形された円柱を含み、流線型設計を形成する。その他の形状が使用されてもよい。例えば、一部の実施形態では、円錐形状又はピラミッド形状が使用されてもよい。船体１１２の底部は、バラストを収容し、バランスに役立つように、重量材料で形成されることができる。ＳＭＴ  １０２の初期設定重量は、はっきりしないので、海水とおおよそ同じ密度を有している。ＳＭＴ  １０２は、殆ど常に潜水させられるように設計される。
【００２１】
実施形態例では、ＳＭＴ  １０２の寸法は、半径２２インチを有する楕円形に成形された船首及び船尾と、半径６インチの円筒状船体とであることができる。船首及び船尾の体積は、（４／３×２２ｉｎ×６ｉｎ×６ｉｎ×π）＝３３１７ｉｎ３＝５４，３６４ｃｍ３（１ｉｎ３＝１６．３８７ｃｍ３）＝６５．４Ｋｇであることができる。中央円筒状船体は、（６ｉｎ×６ｉｎ×π×長さ５２ｉｎ）＝５８８１ｉｎ３＝９６，３７３ｃｍ３＝９８．３６３Ｋｇであることができる。ＳＭＴ  １０２の初期設定重量は、６５．４Ｋｇ＋９７．３６３Ｋｇ＝１６２．７６３Ｋｇであることができる。
【００２２】
ＳＭＴ  １０２は、潜望機能用の潜望鏡をさらに有することができる。図２Ａ及び図２Ｂは、潜望鏡設計の側面図の実施形態例である。潜望鏡１２４は、流体抵抗を低減する流線型本体のための楕円形に成形されている。その他の形状、例えば、涙の形状又は円錐形状が使用されてもよい。ＳＭＴ  １０２から球状に見るために前、左、右、後、上及び下に位置決めされた６枚のカメラレンズ１２６（６−カメラと呼ぶ）が存在することができる。ＬＥＤが照明のため６−カメラ１２６と併せて使用される。カメラの観点から、ＳＭＴ  １０２は、敵船を追跡・追尾するためにパターン認識手法を使用することができる。敵船からのプロペラ／エンジン雑音を検出するために６個の水中マイクロホン／ＳＯＮＡＲパッド１２８（６−ＳＯＮＡＲと呼ぶ）も存在することができる。ＳＯＮＡＲ技術は、偵察のため使用されることができる。ＳＭＴ  １０２は、敵船の距離及び方位を計算するために受動型ＳＯＮＡＲセンサ装置からのデジタル信号処理（ＤＳＰ）を使用する。６−ＳＯＮＡＲ  １２８は、敵船に接近するために受動モード又は能動モードにすることができる。
【００２３】
潜望鏡１２４上に、Ｗｉｍａｘもしくは４Ｇ／５Ｇ移動体通信のような無線通信、又は衛星通信のためアンテナ１３０が位置決めされている。一実施形態では、Ｗｉｍａｘ  ８０２．１６無線通信は、最大で３５マイルレンジ及び７０Ｍｂｐｓスループットを有することができる。４Ｇ／５Ｇ移動体電気通信は、最大で７マイルレンジを有することができるが、衛星通信は、数千マイル離れることができる。さらに位置監視のため潜望鏡１２４に全地球測位システム（ＧＰＳ）も存在する。
【００２４】
潜望鏡１２４は、一実施形態では、デジタル化されたＳＯＮＡＲパッドを有する。ＳＯＮＡＲの機能は、水中の音波を検出することである。音波は、伝送損失を低減するためにデジタル形式（イーサネットフレーム）に変換される。ＳＯＮＡＲは、水深及び水中の音波を感知するために圧電素子を使用する。ＳＯＮＡＲパッドは、例えば、潜望鏡１２４上のような全方向に設置される。デジタル信号処理を使って、ＳＭＴ  １０２内の中央制御システムは、敵船距離、方位及び場所を検出することが可能である。温度センサは、周囲水温を測定するためＳＯＮＡＲ外側に装着されることができる。この仕組みは、敵の潜水艦が大量の熱を発生するので、敵の原子力潜水艦を検出するために使用されることができる。ＳＯＮＡＲ外装の内側は、水から加えられた圧力から圧電素子を保護するために、エア・ポケットができることを許さないオイルで満たされることがある。
【００２５】
中央制御システム及び周辺機器論理ブロックは、ＳＭＴ  １０２の内部で利用されることができる。中央制御システム及び周辺機器は、６−カメラ  ＤＳＰ／コンプレッション、６−ＳＯＮＡＲ  ＤＳＰ、航行ブロック、バッテリ管理、ＤＣモータ制御、方向舵及び水平制御のためのステップモータ制御、無線／衛星通信、光ファイバ通信及び浮力制御を含む。パワー・オーバー・イーサネット、即ち、ＰｏＥは、イーサネット配線上でデータと共に電力を送るいくつかの標準化された、又はアドホック・システムのいずれかについて説明する。ＰｏＥ  ８０２．３  ａｆ／ａｔ規格インターフェースは、周辺機器への通信のため中央制御システムで使用され、周辺機器のため必要とされる電力を供給する。バッテリ管理及びエンジンモジュールは、中央制御システムへの通信のためＰｏＥインターフェースを使用し、エレクトロニクス及びバッテリ充電のため必要な電力を供給する。付加的に、ＰｏＥは、簡単なインターフェース及び（最大１Ｇｂｐｓまでの）高デジタル・データ・レートをＳＯＮＡＲシステムに提供する。
【００２６】
図３は、弾頭付きのＳＭＴの実施形態例の側面図を示す。一実施形態では、ＳＭＴ  １０２は、ＳＭＴ  １０２の船体１１２の最上部に位置している弾頭１３２を有する。これらは、点火装置及び固体推進剤を有するエアバッグ型の装置によって発射されることができる。異なった実施形態では、非致命的な弾頭１３２は、敵船のプロペラ、シャフト／ギア及び方向舵を絡ませ、破損するために設計された「網型」装置である。小型ダイナマイト弾頭１３２は、敵船のプロペラ／シャフト及び方向舵を破壊するために設計されている。大型ダイナマイト弾頭１３２は、敵船の全体を破壊するために設計されている。ＳＭＴ  １０２又はＵＡＱＶ  １００は、弾頭が非致命的であるとき、回収可能かつ再使用可能であることができる。
【００２７】
母艦は、一実施形態では、無人双胴船のような水中船４４４であり、１個以上のＳＭＴ  １０２が装備されることできる。この組み合わせは、敵船に警告し、敵船を追跡し、追尾し、使用不能状態にする。非致命的な弾頭又は致命的な弾頭は、敵船を損傷又は破壊するために使用されることができる。
【００２８】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、母艦２００の平面図、側面図及び正面図の実施形態例である。母艦２００は、ＳＭＴ  １０２の重量を支持し、喫水線レベルより上で持ちこたえることができる。図５は、母艦２００の一実施形態の平面図を描く。一実施形態では、複数のＳＭＴ  １０２は、母艦２００に搭載されることができる。
【００２９】
図６は、母艦コンポーネント・レイアウトの実施形態例を例示する。本実施形態では、母艦２００は、流体抵抗を低減するために設計された双胴船体である。高速で航行するために、母艦２００は、３２０ＨＰをもつディーゼルエンジンのようなデュアル高出力ディーゼルエンジン２０８を使用することができる。伝動ギアボックス２１０と、ユニバーサルジョイント付きのシャフト２１２とは、母艦プロペラ２１４を駆動する。方向舵２１６は、船の舵を取り、燃料タンク２１８は、燃料を蓄積する。母艦２００は、ケーブル２２０によって、ＳＭＴ  １０２のようなＵＡＱＶ  １００にされることができる。ケーブル２２０は、ＳＭＴ  １０２への通信を使用可能状態にするために光ファイバリンクを提供し、パワー・オーバー・イーサネット（ＰｏＥ）を介して、電力をＳＭＴ  １０２に供給するために電力グリッドケーブルを提供することができる。例えば、母艦２００は、ＳＭＴ  １０２内のバッテリを再充電することができる。母艦２００は、敵船に警告する地対空ミサイル、照明弾銃、着色煙溶液、拡声器及び大型ＬＥＤパネルディスプレイをさらに装備する。母艦２００は、無線、衛星又は光ファイバ通信を介して遠隔制御センタからの視覚的接触を使って敵船を追尾するときに、行動を記録するために複数の偵察カメラをさらに装備することができる。
【００３０】
母艦２００は、通信用の高いマスト２２２を支持するために設計されている。一実施形態では、マスト２２２は、全方位カメラと、長距離カメラと、スポットライト及び拡声器と、衛星通信と、移動体通信とを格納する。母艦２００は、移動体通信のためのＷｉＭＡＸ  ４Ｇ／５Ｇ基地局としての機能を果たすことができる。マスト２２２は、少なくとも高さが１４フィートであり、水平からの距離で少なくとも５．０マイル（４．９４９７４７マイル＝（（７×１４）／４）１／２）の範囲を検出する。長距離カメラは、最大で３０マイルの敵の航空機及び船の偵察を記録することができる。カメラスタビライザは、カメラを標的にロックする。一実施形態では、基地局は、ＳＭＴ  １０２との無線通信のため使用されることがある。別の実施形態では、高速衛星通信が使用されることがある。
【００３１】
ＳＭＴ  １０２のための航行計画は、ＰｏＥリンクを含むケーブル２２０を介して制御センタ（後述される）からの中継局としての機能を果たす母艦２００からの発射の直前にプログラムされることができる。ＳＭＴ  １０２は、開放水域から水中に発射される能力がある。航行計画は、計画された経路、速度プロファイル、標的船の船体サイズシグネチャ、エンジン音シグネチャ、及び放出される弾頭の型を含む。ホーミング装置は、ＳＭＴ  １０２を標的に誘導し、弾頭に点火する６−ＳＯＮＡＲ、６−カメラ及び磁束センサを含む。
【００３２】
ＳＭＴ  １０２は、プログラムされた航行計画に合わせるために３軸ジャイロ加速度計及びデジタルコンパスを使用する。ＳＭＴ  １０２の初期設定重量は、はっきりしないか、又は、同一体積で海水と同じ重量である。これは、ＳＭＴ  １０２が所望の深度水中で舵を取るために水平制御及び深度圧力センサを使用することを意味する。浮力制御は、ＳＭＴ  １０２が、例えば、回収又は無線／衛星通信のため、見えるように海面に浮くことが必要であるときに使用されることができる。
【００３３】
図７は、母艦２００とＵＡＱＶ  １００、例えば、ＳＭＴ  １０２との間の通信のための実施形態例を示す。一実施形態では、母艦２００のような水中船４４４は、アンテナを有し、中継局３１６と通信している。水中船４４４が浮上させられたとき、水中船４４４は、通信ネットワーク内部の移動体通信用の基地局であることができる。別の実施形態では、ＵＡＱＶ  １００のような水中船４４４は、アンテナ付きの潜望鏡を有し、中継局と通信している。水中船４４４が潜望鏡の長さの範囲内で沈められるとき、水中船４４４は、潜望鏡上のアンテナを通じて通信ネットワーク内部の移動体通信のための基地局であることができる。別の実施形態では、水中船４４４が沈められるとき、水中船４４４は、潜望鏡上のアンテナを通じて通信ネットワーク内部で衛星通信を使用することができる。
【００３４】
母艦２００は、衛星２２６及び／又は４Ｇ／５Ｇ無線アンテナ２２９との通信のための衛星通信パラボラアンテナを装備することができるので、移動体通信のための基地局としての機能を果たす。一実施形態では、母艦２００は、ネットワーク内部で又は他の船と通信するためにＷｉＭＡＸ又は４Ｇ／５Ｇ移動体電気通信を使用することができる。別の実施では、母艦２００は、遠隔通信するために衛星通信を使用することができる。さらに別の実施では、母艦２００は、遠隔通信するために光ファイバケーブル２２９を使用することができる。
【００３５】
母艦２００は、ＳＭＴ  １０２のための中継局としての機能も果たすことができる。母艦２００は、ＳＭＴ  １０２と通信するために無線、衛星及び／又は光ファイバケーブルを使用することができる。一実施形態では、ＳＭＴ  １０２は、ＷｉＭＡＸ又は４Ｇ／５Ｇ移動体電気通信を使用することができる。これは、セルラ基地局とのセルラ電話通信に類似することがある。例えば、ＳＭＴ  １０２は、ローミングし、第１の母艦２００との通信を確立し、次に、第２の母艦２００との通信を確立することができる。補助通信として、ＳＭＴ  １０２は、制御センタ（後述される）と接触するために衛星通信を使用することができる。さらなる実施形態では、ＳＭＴ  １０２は、衛星通信のため双方向衛星データトランシーバを使用することができる。付加的に、母艦２００は、大型パラボラアンテナを介して高データ・レート衛星通信を使用することがある。このようにして、ＳＭＴ  １０２は、高データ・レート衛星通信を使用して母艦２００を介して数百マイル離れた制御センタによって遠隔制御されることがある。
【００３６】
母艦２００は、護衛モード、照明弾銃発砲モード、短距離地対空（ＳＡＭ）ミサイル・ペイロード及びＳＭＴ発射モードのような様々な動作モードを有する。護衛モードの間に、敵船が海上領海、例えば、１２マイルの範囲内に入ったとき、母艦２００は、一実施形態では、敵船に警告するために着色煙を配備することができる。敵船が、例えば、数百ヤードの範囲内に接近し続ける場合、母艦２００は、拡声器を使って大きい、可聴音をブロードキャストし、より深刻な警告を敵船に知らせるためにＬＥＤ警告サインを放射することができる。母艦２００は、領域の範囲外へ敵船を護衛することができる。母艦２００は、護衛モードにある間に、長距離カメラ又は６−カメラ映像録画装置を使用することができる。
【００３７】
照明弾銃発砲モードでは、母艦２００は、接近中の敵船又は航空機にペイロードから照明弾銃を発砲することができる。短距離地対空（ＳＡＭ）ミサイル・ペイロード・モードでは、母艦２００は、ＦＩＭ−９２スティンガー赤外線ホーミングＳＡＭのような軽量、短距離地対空ミサイルを装備することができる。これらは、敵船又は航空機に向けて発射されることができる。母艦２００は、非致命的弾頭のような敵船を使用不能状態にするため、又は、致命的弾頭を使って敵船を破壊するためのいずれかのためにプログラムされた弾頭付きのＳＭＴ  １０２を発射することを実現し易くする。
【００３８】
ＳＭＴ  １０２は、浮上準備完了モード、自律潜水モード、自律攻撃モード、自爆モード、光ファイバ制御モードのような様々な動作モードを有する。浮上準備完了モードの間に、ＳＭＴ  １０２は、無線通信を使用して近くの母艦２００によって、衛星通信を介して遠隔制御センタによって、又は、海上防衛光ファイバネットワーク（ＮＤＦＮ）制御センタ（後述される）によって制御され、プログラムされることができる。バッテリ電力を節約するために、エンジン及びプロペラは、このモードではオフであることができる。
【００３９】
自律潜水モードでは、ＳＭＴ  １０２は、水中に潜水している間に受動型ＳＯＮＡＲを使用することにより敵船を追跡及び追尾するために使用される。ＳＯＮＡＲ技術は、偵察のため使用されることができる。これは、エンジン音及び／又はプロペラ音を感知し、次に、敵船からの位置及び距離を解析するためにデジタル信号処理を使用する。ＳＭＴ  １０２は、探知を回避するために、密かに、遅くかつ静かに移動する。自律攻撃モードでは、ＳＭＴ  １０２が巡行計画及び適切な弾頭情報を使って母艦１００又は制御センタによってプログラムされた後、ＳＭＴ  １０２は、６−ＳＯＮＡＲ及び６−カメラ・ホーミング・ガイダンスによって標的を包囲することができる。弾頭が点火され、爆発物が弾頭内で爆発させられる。
【００４０】
自爆モードの間に、タイムアウト期間後にコマンドが発行されない場合、ＳＭＴ  １０２は、水中から水面に浮上し、衛星に「遭難」信号をアサートすることができる。一実施形態では、応答が受信されない場合、ＳＭＴ  １０２は、水中に沈み、自爆コマンドを作動させることができる。光ファイバ制御モードでは、ＳＭＴ  １０２は、海上防衛光ファイバネットワーク（後述される）を介して光ファイバ通信又は遠隔制御センタを使用して、潜水している間に、制御センタとしての機能を果たす近くの母艦２００によって制御され、プログラムされることができる。
【００４１】
海上防衛光ファイバネットワーク（ＮＤＦＮ）は、多数の無人水中機（ＵＡＱＶ）及びこれらの武器を制御するために設計される。ＮＤＦＮは、ＵＡＱＶが原子力潜水艦として事実上永久に水中で持ちこたえることを可能にする電力をＵＡＱＶにさらに供給することができる。ＮＤＦＮは、分散型スイッチング・センタ・システムを有するので、脆弱性が低く、頑強性が増大する。ネットワークは、探知を回避するために海底に横たわり、広い水中の地理的区域を網羅するように容易な拡張のために設計されている。ＮＤＦＮ配備は、ＵＡＱＶにためのプラグ・アンド・プレイとして比較的簡単である。プラグ・アンド・プレイ概念は、ネットワーク化された装置がネットワーク上の互いの存在をシームレスに発見し、データ共有及び通信のための機能的なネットワークサービスを確立することを可能にする。ＮＤＦＮのための制御センタは、冗長性、再構成可能性、移動性、及びステルス能力を提供する。これは、ＮＤＦＮと通信している多数のＵＡＱＶが分散した制御センタによって遠隔制御されることを可能にさせ、ＵＡＱＶが事実上、どこにでも、どの時点でも、いつでも存在することを可能にする。
【００４２】
図８は、海上防衛のための通信ネットワーク又は海上防衛光ファイバネットワーク（ＮＤＦＮ）の一実施形態を示す。ＮＤＦＮ  ３００は、ネットワーク内部の、及び、ＵＡＱＶ  １００への通信を可能にする２重の、可逆リングトポロジー光ファイバネットワークである。ＮＤＦＮ  ３００は、スパイウェアを遮断する閉じたセキュア・ネットワークである。実施形態例では、ＵＡＱＶ  １００は、ＳＭＴ  １０２である。通信ネットワークＮＤＦＮ  ３００は、複数のＵＡＱＶ  １００を含むことができる。光ファイバケーブル３０８は、双方向性であり、ネットワーク内部の、及び、ＵＡＱＶ  １００への通信を可能にする閉じたリング構造である。一実施形態では、光ファイバケーブル３０８は、８０Ｇｂｐｓより高い通信スループットを発生させる。電力グリッドケーブル３１０は、閉じたリング構造であり、ＨＶＡＣケーブル３１７によってネットワーク・ノード／中継器を通じて発電機３１２に結合される。この発電機は、ネットワーク内部で、及び、ＵＡＱＶ  １００に電力を供給する。一実施形態では、電力グリッドケーブル３１０は、１４．４ｋＶより大きい電気を供給する。組み合わされた光ファイバケーブル３０８及び電力グリッドケーブル３１０は、ネットワーク・ケーブル３１１と呼ばれることがある。
【００４３】
ノード３１４は、光ファイバケーブル３０８及び電力グリッドケーブル３１０に結合される。水中船のための通信基盤設備を形成する永久的な方法で海底に位置しているネットワーク内に複数のノード３１４が存在することができる。中継局３１６は、第２の光ファイバケーブル３１８及び第２の電力グリッドケーブル３２０によってノード３１４に結合され、ＵＡＱＶ  １００と通信している。組み合わされた第２の光ファイバケーブル３１８及び第２の電力グリッドケーブル３２０は、第２のネットワーク・ケーブル３２１と呼ばれることがある。光ファイバケーブル３０８、電力グリッドケーブル３１０、ノード３１４及び中継局３１６は、動作中に水中に位置する能力がある。
【００４４】
各ノード３１４は、無人水中機挿入／削除、ＮＤＦＮ拡張、ＮＤＦＮ制御センタ挿入、高電圧交流給電（ＨＶＡＣ）発電機挿入、及びネットワーク基盤設備保守のための関連した中継局３１６を有する。中継局３１６は、制御センタによって決定されるように浮上又は潜水するために浮力制御を有する。
【００４５】
ＮＤＦＮ  ３００は、制御センタ４００によって制御されることができる。一実施形態では、制御センタ４００は、ＮＤＦＮ  ３００から数百マイル離れて位置し、陸上又は船上にあることができる。一実施形態では、母艦２００は、制御センタ４００としての機能を果たすことができる。制御センタ４００は、ＳＭＴ  １０２のような複数のＵＡＱＶ  １００と通信し、ＵＡＱＶ  １００の遠隔制御と、発射前のＵＡＱＶ  １００の遠隔制御のための航行計画のプログラミングとを実現し易くする。ユーザは、ＵＡＱＶ  １００の遠隔制御と、ＵＡＱＶ  １００の遠隔制御のための航行計画のプログラミングとを行うことができる。一実施形態では、ＳＭＴ  １０２が発射された後、航行計画は、ＳＭＴ  １０２が爆発前に衛星通信を確立するために浮上することを含む。衛星通信がＳＭＴ  １０２とＮＤＦＮ  ３００との間で確立されると、ユーザは、航行計画を確認する、航行計画を修正する、又は、航行計画を中止する選択肢を有することができる。ＳＭＴ  １０２は、その後、新しい航行計画に合わされる。
【００４６】
ネットワークＮＤＦＮ３００内部の通信は、図１０に示されるように、４Ｇ／５Ｇのような移動体通信、衛星２２６を通じた衛星通信、又は、光ファイバケーブル３１８を通じた光ファイバ通信によることができる。通信ネットワークＮＤＦＮ  ３００は、複数の制御センタ４００を含むことができる。
【００４７】
図１１を参照すると、制御センタ４００は、制御スイート４０２を有する。ユーザ、又は、複数のユーザは、ＵＡＱＶ  １００を監視し、遠隔制御するためにパイロットシートを利用することができる。大型スクリーンがＮＤＦＮ  ３００のセクタ内又はＮＤＦＮクラウド４４２のセクタ内の活動を監視するため使用されることができる。一実施形態では、３Ｄジョイスティック及びフットペダルは、ＵＡＱＶ  １００を操縦し、航行するために使用される。敵船との交戦中に、ユーザは、別のユーザが武器を制御している間に、ＵＡＱＶ  １００を制御することができる。複数のタッチスクリーン装置は、ＵＡＱＶ  １００の状態を監視するために使用されることができる。圧縮された映像及びＳＯＮＡＲ音声の複数のチャネルは、ネットワークルータによって制御スイート４０２及び／又は偵察のための運営管理者を経由させられることがある。制御スイート４０２は、水中戦闘状況における無人水中機コントローラのためのプッシュ・ツー・トーク（ＰＴＴ）のようなノンブロッキング・スイッチング及び高速スイッチング付きの複数の人間音声通信チャネルを格納することができる。
【００４８】
制御スイート４０２では、ユーザは、ＳＭＴ  １０２、母艦２００、ノード３１４及び／又は中継局３１６上の６−ＳＯＮＡＲ及び６−カメラを監視することができる。ユーザは、長距離カメラ、６−カメラ、６−ＳＯＮＡＲ、照明弾銃、着色煙、ＬＥＤサイン及び拡声器のような母艦２００のペイロードをプログラムし、遠隔制御することもできる。
【００４９】
容易化すること及びプログラミングは、どの時点でも制御センタ４００のいずれによることもできる。制御センタ４００内の制御スイート４０２は、運営管理者によって、ＮＤＦＮ  ３００又はＮＤＦＮクラウド４４２のいずれかのセクタのいずれかのＵＡＱＶ  １００に割り当てられることができる。このようにして、ＮＤＦＮ  ３００と通信しているＵＡＱＶ  １００及びこれらの武器は、事実上、どこでも、どの時点でも、いつでも制御されることができる。
【００５０】
図９は、水中船のための通信ネットワークの実施形態例を例示する。この例では、ＮＤＦＮ  ３００は、領土諸島３３０又は海岸線の周りに位置することができる。一実施形態では、ネットワークは、直径が２４マイルより大きく、又は、ネットワークは、諸島３３０又は陸地の周りで半径が最大で１２国際海里である。各ノード３１４は、海底上で第２のノード３１４から１０マイル乃至１００マイルの間に位置し、故に、広い海上領域を対象にする。
【００５１】
ＳＭＴ  １０２のようなＵＡＱＶ  １００は、第２の光ファイバケーブル３１８及び第２の電力グリッドケーブル３２０により構成された第２のネットワーク・ケーブル３２１を使って中継局３１６上の出口に接続することができる。ＳＭＴ  １０２は、機能を維持するために大量の電力を必要としない。第２の電力グリッドケーブル３２０に結合されたとき、ＳＭＴ  １０２のバッテリ１１８は、再充電されることができる。このようにして、ＳＭＴ  １０２は、事実上永久に水中で持ちこたえることを可能にさせる無人原子力潜水艦として動作することができる。
【００５２】
１つの実施では、ネットワークは、第２の光ファイバケーブルをさらに備えることができる。第２の光ファイバケーブルは、中継局と無人水中機との間で通信を可能にすることができる。中継局と無人機との間の通信は、第２の光ファイバケーブルの長さに基づいて中継局の周りのある半径に対して維持されることができる。ＳＭＴ  １０２は、ネットワーク・ケーブル３２１の長さに基づいてネットワークとの通信を維持する能力をもつ。一実施形態では、ネットワーク・ケーブル３２１は、長さが２マイルであり、その結果、ＳＭＴ  １０２は、中継局３２０から最大で半径２マイルの通信を維持する能力をもつ。別の実施形態では、母艦２００は、光ファイバケーブル３１８を使って中継局３１６の出口に接続されることができる。母線２００は、これの独自の電力を発生させるので、第２の電力グリッドケーブル３２０は、必須ではない。本実施では、母線２００は、光ファイバケーブル３２２の長さに基づいて、又は、中継局３１６から変形が５乃至５０マイルの間に亘って通信を維持する能力をもつ。
【００５３】
複数のＵＡＱＶ  １００及び複数の母線２００は、偵察及び防衛のためノード／中継局３１４／３１６に結合されることができる。通信範囲３３２は、実施形態例として図９に詳述される。通信範囲３３２は、使用されたケーブルの長さに基づいている。
【００５４】
図１０は、一体的に連結された複数のＮＤＦＮ  ３００の実施形態例である。各ＮＤＦＮ  ３００は、ここに記載されるように、ネットワーク・ケーブル３１１と、ノード／中継局３１４／３１６と、発電機３１２とにより構成される。発電機は、中継局から２００マイルより遠くに位置することができる。ネットワークは、第３の光ファイバケーブルによって第２のハードウェアに接続することができる。ＮＤＦＮ  ３００は、長距離光ファイバケーブル４４０によって別のＮＤＦＮ  ３００に連結されることができる。これは、空中ではなく水中に位置しているＮＤＦＮクラウド４４２を形成する。ＮＤＦＮクラウド４４２は、ユーザが、ＮＤＦＮ  ３００と通信しているとき、制御センタ４００を介して、どこでも、どの時点かつどの場所でも、いつでも大量のＵＡＱＶ  １００を遠隔制御することを可能にさせる。制御センタ４００は、光ファイバケーブル３１８によって、又は、衛星２２６を通じた衛星通信によってＮＤＦＮ  ３００と通信することができる。
【００５５】
図１１は、ＮＤＦＮの実施形態例を示す。ＮＤＦＮ  ３００は、中継局３１６からの第２のネットワーク・ケーブル３２１を介してＵＡＱＶ  １００及び／又は水中船４４４を結合する。水中船４４４は、母線２００と、ジュニアＪ型水中船（ＪＪＵＶ）と、ＪＪＵＶ−ＨＶＡＣ発電機船と、ＪＪＵＶ衛星中継船と、双胴ＪＪＵＶ水中ミサイル防衛局船とを含むことができる。一実施形態では、ＪＪＵＶのような水中船４４４は、第２のネットワーク・ケーブル３２１を使用し、中継局３１６から最大で半径２マイルの通信を維持する。第２の電力グリッドケーブル３２０を必要としないその他の水中船４４４は、中継局３１６から半径５マイルと５０マイルとの間で通信を維持することができる。
【００５６】
図１２は、ノード論理設計のための実施形態例を描く。ノード３１４は、海底上の永久構造体であり、２フィート×３フィートのサイズで作られることができる。一実施形態では、ノードは、第２のノードから１０マイルと１００マイルとの間に位置することができる、ノードは、イーサネット宛先アドレス及びイーサネット発信元アドレスに基づいて動的スイッチングを行うスイッチ又はルータをさらに備えることができる。ノード３１４は、ＮＤＦＮクラウド４４２のためのイーサネット・スイッチ／ルータ要素４４６を有する。ノード３１４は、海底で水中のノード３１４を取り囲む行動を監視するためにＳＯＮＡＲアレイ、偵察カメラ及び温度センサを装備することができる。ノード３１４の外装は、潰れることなく水中圧に耐えるように設計される。
【００５７】
配電システムは、冗長かつ頑強性のある電力供給源を負荷に提供する。ノード３１４は、１４．４ｋＶＡＣを有するネットワーク・ケーブル３１１に結合される。一実施形態では、ノード３１４内のステップダウン変圧器のような変圧器４４８が電力１４．４ｋＶＡＣを４８０ＶＡＣに変換するために使用され、この電力は、その後、関連した中継局３１６及び付属するＵＡＱＶ  １００に分配される。高電圧は、伝送損失を削減することができる。
【００５８】
一実施では、配電システムの状態及び管理は、ＮＤＦＮ  ３００を絶えず記録し、監視する。一実施形態では、１４．４ｋＶ  ＨＶＡＣ発電機が中継局３１６に挿入されることができる。安全規定及び手続は、高電圧コンポーネントの理由から遵守されなければならない。電力グリッドケーブル３１０及び第２の電力グリッドケーブル３２０は、回路遮断器装置を有することがあり、監視されることがある。
【００５９】
実施形態例では、ＮＤＦＮ  ３００は、０ゲージワイヤ（０．３２２４オーム／ｋｍ）を用いて長さが１０２ｋｍであり、全電気抵抗は、３２．２４オームである。発電機３１２（１０Ａ／１４．４ｋＶをもつ）に対して、１４４ｋＷがＮＤＦＮ  ３００に送られる。（Ｉ２Ｒによって計算された）伝送に起因する損失は、２．２３％の損失のために１０×１０×３２．２４＝３，２２４Ｗである。単一のＵＡＱＶ  １００に対して、光ファイバケーブル３１８は、０ゲージワイヤを用いて中継局３１６からの長さが３ｋｍであり、即ち、ＵＡＱＶ  １００への４８０  ＶＡＣでの５アンペア電流に制限された、０．３２２４×３＝１オームである。伝送損失は、２５Ｗ、１％損失である。０ゲージワイヤを用いて３０ｋｍで超高電圧（２３０ｋＶＡＣ）に対する別の実施形態例では、全電気抵抗は、１０２オームである。０．６Ａ、１３８ｋＷにおける２３０ｋＶＡＣは、ＮＤＦＮ  ３００に送られ、（Ｉ２Ｒによって計算された）伝送に起因した損失は、０．０２％損失で０．６×０．６×１０２＝３６Ｗである。
【００６０】
一実施形態では、複数の発電機３１２は、電力をＮＤＦＮ  ３００に供給するために配備されることができる。発電機３１２は、ＵＡＱＶ  １００に位置する、又は、陸地に置かれることができる。ＵＡＱＶ  １００は、探知なしで３０〜５０ｋｍのような距離で発電機３１２のための空気を集めるために直立可能な潜望鏡を使用することができる。数百キロボルトの桁数にある超高電圧は、電力線伝送のための数百キロメートルのような長い距離のため使用されることができる。超高電圧は、ノード３１４に位置している変圧器４４８に類似した変圧器を通じて電力をＮＤＦＮ  ３００にさらに供給することができる。
【００６１】
図１３は、イーサネット・スイッチ／ルータ要素の実施形態例である。ＮＤＦＮ  ３００の複数のポートに対して、１０ＧｂｐｓイーサネットであるＩＥＥＥ  ＩＥＥＥ−８０２．１３ａｅを仮定すると、イーサネット・スイッチ／ルータ要素４４６付きのノード３１４は、独自開発のイーサネット・スイッチ／ルータ機能を行う。一実施形態では、イーサネット・スイッチ／ルータ要素４４６は、５−ポート・イーサネット・スイッチ／ルータであり、ＮＤＦＮスター−スイッチと呼ばれることもある。イーサネット・スイッチ／ルータ要素４４６の設計は、Ａ−ポート：ＮＤＦＮ  ３００のアップストリーム（８０Ｇｂｐｓ）と、Ｂ−ポート：ＮＤＦＮ  ３００のダウンストリーム（８０Ｇｂｐｓ）と、Ｃ−ポート：中継局（１０Ｇｂｐｓ）と、Ｄ−ポート：長距離光ファイバケーブル４４０を通じたリング拡張（１０Ｇｂｐｓ）と、Ｅ−ポート：制御センタ４００（１０Ｇｐｂｓ）とを含む。許容可能なイーサネットフレームは、ＮＤＦＮ運営管理者によって制御された５−ポートの各々から転送されることができる。
【００６２】
イーサネット・スイッチ／ルータ要素４４６は、主として、特定のルーティングアルゴリズムのため開発されたフェームウェアを含むフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）である。複数の連想メモリ（ＣＡＭ）が存在する。ＣＡＭは、照合対象であるイーサネット・アドレスのテーブルである。照合規準は、図１４に指定されるように、発信元イーサネット・アドレス及び宛先イーサネット・アドレスのサブフィールドの組み合わせによって定義されることができる。各イーサネット・アドレスに関連付けられた宛先ポートアドレスは、ＣＡＭテーブルに一覧されている。ＣＡＭの機能は、イーサネット・アドレスをＣＡＭテーブルと照合することである。照合するとき、宛先ポートが決定され、イーサネット・スイッチ／ルータ要素４４６がデータを送信する。ＦＰＧＡは、単一のクロックサイクルでイーサネット・アドレスを照合する。一実施形態では、照合プロセスは、１２５ＭＨｚシステムに対して８ナノ秒を要する。これに反して、マイクロプロセッサのための２分検索アルゴリズムは、照合するために数百クロックサイクルを要することがある。複数のＣＡＭは、独自開発イーサネット・アドレスの発信元及び宛先の両方の異なったフィールドを照合するために並列に使用されることができ、その後、ＡＮＤ／ＯＲ論理が１桁のナノ秒期間に「照合」又は「非照合」を見つけるために使用される。ＣＡＭは、ＮＤＦＮ運営管理者によって動的に維持される。
【００６３】
従来的なイーサネット・スイッチングの基本アルゴリズムは、プラグインされたイーサネット・ノードの４８ビットのイーサネット発信元アドレス全体を学習し、その後、まさにプラグインされたイーサネット・ノードに関連付けられた学習済みポートに向けられることになったパケットが正しいイーサネット・ノードに経由させられるものである。未学習イーサネットフレームは、イーサネット・スイッチのあらゆるポートにブロードキャストされる。イーサネット・ノードがイーサネット・スイッチに接続されると、スイッチング経路が設定され、ＩＥＥＥ  ８０２．３イーサネット・スイッチは、ユーザによって修正され得ないＣＡＭを使用するので、修正され得ない。圧縮された映像チャネルは、典型的に、帯域幅１６Ｍｂｐｓを必要とし、音声／ＳＯＮＡＲチャネルは、典型的に少なくとも帯域幅１Ｍｂｐｓを必要とする。ＵＡＱＶは、何ダースもの映像及び音声チャネルを格納することができる。一実施形態では、多くのＵＡＱＶが制御され、ＮＤＦＮは、使用可能状態のＵＡＱＶ映像及び音声チャネルを適切な局に配信する。ルーティング規準は、図１４に指定されるように、発信元イーサネット・アドレス及び宛先イーサネット・アドレスのサブフィールドの組み合わせによって定義される。
【００６４】
一実施形態では、コンピュータエレクトロニクスは、イーサネットＩＥＥＥ  ８０２．３に基づく。ノード３１４、中継局３１６、ＵＡＱＶ  １００及び制御センタ４００内のコンポーネント・レベル・モジュールは、固有の独自開発イーサネット・アドレスが割り当てられる。映像又は音声／ＳＯＮＡＲデータのような情報の型が割り当てられた独自開発イーサネット・アドレス内にさらに埋め込まれる。業界標準イーサネット・スイッチングが低フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって素早く切り替えられるように使用される。ＮＤＦＮ独自開発イーサネット・スイッチングの基本アルゴリズムは、所望の映像／音声ストリーミングだけがある期間に設計された宛先又は宛先に切り替えられるように、イーサネットに基づく映像及び音声チャネルを制御することである。これは、動的スイッチングとして知られている。
【００６５】
ＮＤＦＮクラウド内の電力グリッドは、運営管理者によって管理される。イーサネット／スイッチ／ルータ要素４４６は、ＮＤＦＮクラウドのゲートにあり、関連したＮＤＦＮ  ３００のためのイーサネット宛先アドレスにより、及び、イーサネット発信元アドレスによりイーサネットフレームを切り替えるために運営管理者によってプログラムされるものである。一実施形態では、イーサネット・スイッチ／ルータ要素４４６は、ヒューマン／マシン・インターフェース、グラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）及びネットワーク管理ソフトウェアの可用性のため標準ＴＣＰ／ＩＰネットワークによって管理される。
【００６６】
図１４は、ＮＤＦＮコンポーネント・イーサネット・アドレス割り当ての一実施形態を描く。ＮＤＦＮ  ３００内のコンポーネントは、一意のイーサネット・アドレスが割り当てられたモジュラ・レベル・ユニットとして定義される。適切なインターフェース・コントロール・ドキュメント（ＩＣＤ）は、スター−スイッチ、ＵＡＱＶ  １００の中央制御モジュール、６−カメラ１２６、６−ＳＯＮＡＲ  １２８、エンジン制御モジュール、電力グリッド制御／監視モジュールなどのような特定の機能を実行する。ＩＥＥＥ  ８０２．３当たりのイーサネット・アドレスに対して４８ビット、即ち、６ビットが存在する。最初に送信される１番目のバイトの１番目のビット（ビット−０）は、ユニキャスト／マルチキャストビットである。２番目のビット（ビット−１）「０」は、グローバルに一意であり、８０２．３機構によって管理され、「１」は、ローカルに管理される。ＮＤＦＮは、イーサネット・アドレス割り当てのため「１」を使用することができる。ビット−７からビット−２は、ユニット型、即ち、ノードのための「０１」、中継局のための「０２」、及び制御センタのための「１０」に割り当てられる。２番目のバイトは、ＮＤＦＮコンポーネント型：ルータ内部アドレスのための「００」、ルータ外部アドレスのための「ＦＦ」、コンポーネント中央制御システムのための「０１」、映像チャネルのための「１０」、及び音声／ＳＯＮＡＲチャネルのための「２０」に割り当てられる。３番目のバイトのビット−７からビット−４は、コンポーネント型拡張として割り当てられる。ビット−３からビット−０は、イーサネットフレーム型：コンピュータデータのための「０」、映像のための「１」、音声のための「２」、人の音声のための「３」に割り当てられる。４番目のバイトは、コンポーネントオーバーフローのためのコンポーネント設置場所である。５番目のバイト及び６番目のバイトは、コンポーネントの一連番号である。
【００６７】
図１５は、中継局論理設計の実施形態例である。ノード３１４の物理設計と同様に、中継局３１６は、一実施形態では、電子設計におけるイーサネット・スイッチである。中継局３１６は、１６個の１Ｇｂｐｓ光ファイバポートを帰属させられたＵＡＱＶ  １００に提供し、発電機に結合するためにＨＶＡＣケーブル３１７を有する。ＨＶＡＣケーブル３１７は、電力１４．４ｋＶを供給することができる。中継局３１６は、ＵＡＱＶ  １００のため必要とされる電力のための４８０ＶＡＣ電力出口を提供する。中継局３１６は、ノード３１４の構造に見られるように変圧器４４８ではなく、大型浮力タンクと水圧ポンプとを有する。浮力タンクは、中継局３１６がノードから取り付けられたファイバケーブル及び電力グリッドケーブルと共に浮かぶことを可能にさせる。
【００６８】
中継局３１６は、中継局３１６を取り囲む行動を監視するためにＳＯＮＡＲアレイ、偵察カメラ、及び温度センサをさらに装備する。ＳＯＮＡＲ技術は、偵察のため使用されることができる。偵察カメラは、付属ケーブルの状態を監視し記録することができる。中継局３１６の外装は、潰れることなく水中圧に耐えるように設計される。
【００６９】
図１６は、水中船のための通信方法のフローチャートを例示する。この方法は、ステップ１０で、弾頭を有する無人水中機（ＵＡＱＶ）１００を準備することを備える。ステップ１２で、双方向性であり、かつ、閉じたリング構造である光ファイバケーブル３０８がネットワーク内部での、かつ、ＵＡＱＶ  １００への通信を可能にするため位置決めされる。ステップ１４で、閉じたリング構造であり、かつ、発電機３１２に結合された電力グリッドケーブル３１０がネットワーク内部で、かつ、ＵＡＱＶ  １００に電力を供給するため位置決めされる。ステップ１６で、ノード３１４は、光ファイバケーブル３０８及び電力グリッドケーブル３１０に結合される。ステップ１８で、中継局３１６は、ノード３１４に結合され、中継局３１６は、ＵＡＱＶ  １００と通信している。ステップ２０で、ＵＡＱＶ  １００と通信している制御センタ４００が設けられ、ＵＡＱＶ  １００の遠隔制御を実現し易くし、発射前のＵＡＱＶ  １００の遠隔制御のための航行計画をプログラムする。光ファイバケーブル３０８、電力グリッドケーブル３１０、ノード３１４及び中継局３１６は、動作中に水中に位置する能力がある。ＵＡＱＶ  １００は、開放水域から水中に発射される能力がある。
【００７０】
非限定的な実施例では、ＮＤＦＮ  ３００の動作中に、水雷を密かに発射することが必要であることがある。ＳＭＴ  １０２から数百マイルの陸地に位置している制御センタ４００は、複数のＳＭＴ  １０２と通信している。ＳＭＴ  １０２は、第２のネットワーク・ケーブル３２１を介して中継局３１０に結合され、海底に錨泊されている。制御センタ４００の制御スイート４０２において、ユーザは、適当なＳＭＴ  １０２を識別し、発射前にＳＭＴ  １０２の遠隔制御のための航行計画をプログラムする。
【００７１】
航行計画は、経路、速度プロファイル、標的船の船体サイズシグネチャ、エンジン音シグネチャ、及び放出される弾頭の型を含む。ホスト船なしで開放水域中の水中に位置しているＳＭＴ  １０２は、ＮＤＦＮ  ３００を通じて航行計画を受信し、錨及び第２のネットワーク・ケーブル３２１を解放することにより対処し、その後、航行計画を実行することにより標的を捜す。水雷管、推進システム、放出システム及びガイドワイヤは、ＳＭＴ  １０２がこれの独自の方式に従って、プログラムされ、エンジン１０８により給電されるので、必要ではない、又は、必要とされない。ＳＭＴ  １０２は、これを標的に誘導するために６−ＳＯＮＡＲ、６−カメラ及び磁束センサのようなホーミング装置を使用する。適切な場合、弾頭が点火される。
【００７２】
別の非限定的な実施例では、図１７は、ＮＤＦＮの実施形態例を例示する。本実施では、制御センタ４００は、母線２００から数百マイルの陸地に位置し、衛星２２６を通じて衛星通信を介してＮＤＦＮ  ３００と通信している。母艦２００は、水面にあり、関連した中継局３１６から光ファイバケーブル３１８を介してＮＤＦＮ  ３００と制御センタ４００との間の衛星通信のための中継局３１６としての機能を果たす。母艦２００は、第２のネットワーク・ケーブル３２１を通じてＳＭＴ  １０２を装備している。ＳＭＴ  １０２は、ホスト船なしで開放水域における水中に位置している。ＪＪＵＶのようなＵＡＱＶ  １００は、水中に位置しているが、一実施形態では、ＮＤＦＮ  ３００と制御センタ４００との間の衛星通信のための６５フィートの潜望鏡１２４長さの範囲内でステルス中継局３１６としての機能をさらに果たす。
【００７３】
制御センタ４００の制御スイート４０２において、ユーザは、操舵し航行するために複数のスクリーン、３Ｄジョイスティック、及びフットペダルによってＳＭＴ  １０２を遠隔制御する。ＮＤＦＮ  ３００の動作中に、水雷を密かに発射することが必要であることがある。ユーザは、ＮＤＦＮ  ３００の範囲内の利用可能なＳＭＴ  １０２から適当なＳＭＴ  １０２を識別する。次に、ユーザは、発射前にＳＭＴ  １０２の遠隔制御のための航行計画をプログラムする。
【００７４】
ＳＭＴ  １０２は、母艦２００を介してＮＤＦＮ  ３００を通じて航行計画を受信し、第２のネットワーク・ケーブル３２１を解放することにより対処し、その後、航行計画を実行することにより標的を探す。水雷管、推進システム、放出システム及びワイヤは、ＳＭＴ  １０２が自発的にプログラムされ、エンジン１０８によって給電されるので、必要ではない、又は、必要とされない。ＳＭＴ  １０２は、これを標的に誘導するために、６−ＳＯＮＡＲ、６−カメラ及び磁束センサのようなホーミング装置を使用する。
【００７５】
航行計画は、ＳＭＴ  １０２が水中から浮上し、衛星通信を確立することを含む。ＳＭＴ  １０２が浮上したとき、衛星通信が確立され、ユーザは、航行計画を確認する、修正する又は選択肢を有する。ユーザは、ＳＭＴ  １０２が今度は回収可能であり、かつ、再使用可能であるように、航行計画を中止することを選択する。
【００７６】
別の実施形態では、ＳＭＴ  １０２は、水中、開放水域ではなく、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃの場合のように、母艦２００に位置することができる。本実施では、ＳＭＴ  １０２が発射される準備ができているとき、ＳＭＴ  １０２は、発射前に水の中へ放出される。
【００７７】
図１８は、ＮＤＦＮの実施形態例を描く。本実施では、ステルス配備手法が実証される。このようにして、レーダー、視覚、ソナー、及び／又は赤外線方法によってＮＤＦＮ  ３００の存在を探知することがより困難である。ＮＤＦＮ  ３００は、敵による探知を回避するために、密かに、かつ、静かに水中に配備されることができる。一実施形態では、ＮＤＦＮ  ３００は、ＮＤＦＮ  ３００を構築するために、必要なコンポーネント、及び、光ファイバケーブル及び電力グリッドケーブルのようなケーブルのスプールを装備した、双胴ＪＪＵＶのような水中船４４４を使用して配備されることがある。その後、ＳＭＴ  １０２のようなＵＡＱＶ  １００と、母艦２００のような水中船４４４とは、第２の光ファイバケーブル３１８又は第２のネットワーク・ケーブル３２１によって関連した中継局３１６Ａ、３１６Ｂ及び３１６Ｃに追加されることができる。例えば、ＮＤＦＮ  ３００が構築された後、中継局３１６Ａは、初期バッテリ電力によって浮上させられる。ＵＡＱＶ１００又は水中船４４４は、中継局３１６Ａに接続されることができる。一実施形態では、最大１６の船が単一の中継局３１６Ａ、３１６Ｂ又は３１６Ｃに接続されることができる。制御センタ４００への光ファイバケーブル３１８、発電機３１２、及び長距離光ファイバケーブル４４０は、中継局３１６Ｂ又は３１６Ｃにさらに接続されることができる。
【００７８】
図１９は、ＮＤＦＮの実施形態例を示す。本実施は、ＮＤＦＮ  ３００を使用する４次元海上防衛戦略である。ＮＤＦＮクラウド４４２の制御は、水中船４４４に位置している移動体制御センタ４００への衛星通信又は光ファイバケーブルを介して複数の制御センタ４００の間に分散させられることができる。ＵＡＱＶ  １００及びこれらの武器は、敵船４５０又は敵航空機４５２に対抗して、制御センタ４００を通じて、どの場所でも、どの時点でも、あらゆる場所で、及び、いつでも制御されることができる。ＮＤＦＮ  ３００は、海面と、領海とを共に防衛することもできる。その上、ＮＤＦＮ  ３００は、母艦２００又はＪＪＵＶのような水中船４４４から発射された地対空ミサイル４５４によって領空をさらに防衛できる。地対空ミサイル４５４は、短距離系統、中距離系統又は長距離系統であることができる。
【００７９】
中距離又は長距離ミサイルは、双胴ＪＪＵＶのような水中船４４４に搭載されることができる。双胴ＪＪＵＶは、平時には潜水状態を継続することができ、制御センタ４００を通じてＮＤＦＮ  ３００に結合され、遠隔制御されることができる。水中ミサイル局（ＵＭＳ）は、探知を回避するために絶えず移動し、ＮＤＦＮ  ３００にも結合されることができる。このようにして、ＵＭＳによって必要とされた電力がＮＤＦＮ  ３００によって供給される。
【００８０】
水雷は、典型的には、ホスト船、例えば、潜水艦又は水面レベル機によって発射される。従来的な潜水艦は、建造及び運転に費用がかかり、概して、３交替制で運転するために６０から１００人の乗組員を必要とする。制限が存在する。深海におけるコマンド、制御及び通信、並びに、安全性及びセキュリティの懸念に対する制限が存在する。エンジン及び乗組員が使用する酸素の供給もまた制限されることがある。高速攻撃航空機のような水面レベル船は、典型的に、サイズが小型であり、凌波性及び防衛能力が欠けているので、陸地に極めて接近して動作する必要がある。さらに、水面レベル船は、敵によって事実上検出される可能性がある。
【００８１】
水雷は、典型的に、水雷管からの推進システム又は放出システムによってホスト船から発射される。一部の実施では、水雷は、有線誘導される。水雷の装填及び発射は、複数のステップを有し、時間がかかる。付加的に、水雷が発射されると、ユーザは、水雷を制御しなければならない。
【００８２】
対照的に、ＮＤＦＮ配置は、水雷を密かに発射する迅速な、かつ、費用対効果に優れた方法である。例えば、水雷を発射するためにＮＤＦＮを使用するとき、水雷は、ホスト船なしで開放水域から水中に発射される能力をもつ。これは、水雷が敵への指示又は警告なしに密かに発射されることを可能にする。さらに、水雷は、発射前に航行計画を使ってプログラムされることができる。水雷は、航行計画を使ってプログラムされ、水中ではなく陸に位置している制御センタからユーザによって発射されることができる。一実施形態では、水雷が発射された後、航行計画は、爆発前に衛星通信を確立するために水雷が浮上することを含む。衛星通信が水雷とＮＤＦＮとの間で確立されると、ユーザは、航行計画を確認する、航行計画を修正する、又は航行計画を中止する選択肢を有することができる。水雷は、その後、新しい航行計画に合わされる。
【００８３】
複数の水雷がＮＤＦＮから同時に迅速に発射されることができる。その上、通信ネットワークを使うと、スマート・ミニ水雷は、自動車の運転と同様に自発的にプログラムされ、エンジンによって給電されるので、水雷管、推進システム、放出システム及びワイヤは、必要ではない、又は、必要とされない。
【００８４】
明細書は、発明の特定の実施形態に関連して詳細に説明されているが、当業者が上述の理解を達成すると、これらの実施形態の変更、変形及び均等物を容易に想到することができることが認められるであろう。本発明に対する上記変更及び変形とその他の変更及び変形とは、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者によって実施されることができる。さらに、当業者は、上述の説明が単なる一例であり、発明を限定することが意図されていないことを認めるであろう。従って、本主題は、このような変更及び変形を網羅することが意図されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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