(57)【要約】  本発明による拡張可能な円柱浮標海上通信システムは、水中船（１６）から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する円柱浮標と、前記円柱浮標の上部に取り付けられ、それにより支持された通信サブシステムとを備える。また、本発明による水中船との間の海上通信を確立するための方法は、前記水中船から展開するステップと、前記通信サブシステムを拡張するステップと、前記通信サブシステムによって受信されたデータを前記水中船に伝送すると共に、衛星または他の受信器に対する伝送のために通信サブシステムに前記水中船からのデータを伝送するステップとを含む。
2008530949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テレスコーピング部を備え、且つ、水中船から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する円柱浮標と、
前記円柱浮標の上部に取り付けられ、それにより支持された通信サブシステムと、
を備えた拡張可能な円柱浮標海上通信システム。
【請求項２】
前記テレスコーピング部は、少なくとも、第１、第２、及び第３の同心の部分を備えた請求項１記載の通信システム。
【請求項３】
前記拡張構造における前記円柱浮標は、水面上に１５フィート又はそれ以上に拡張する前記第１の部分を備えた請求項２記載の通信システム。
【請求項４】
前記第２の部分は、発泡体浮揚部を備えた請求項２記載の通信システム。
【請求項５】
前記第３の部分は、空気源と、バッテリーパックと、ケーブルパックとを備えた請求項２記載の通信システム。
【請求項６】
前記円柱浮標は、アルミニウムの外板を備えた請求項１記載の通信システム。
【請求項７】
前記収縮構造における前記円柱浮標は、その長さが１５フィートよりも短く、その直径が２フィートよりも小さい請求項１記載の通信システム。
【請求項８】
前記収縮構造における前記円柱浮標は、その長さが１０フィートであり、その直径が２０インチである請求項１記載の通信システム。
【請求項９】
前記収縮構造における前記円柱浮標は、潜水艦の魚雷またはミサイルの発射管の内部にちょうど収まる大きさである請求項１記載の通信システム。
【請求項１０】
前記拡張構造における前記円柱浮標は、その長さが４０フィートよりも長い請求項７記載の通信システム。
【請求項１１】
前記拡張構造における前記円柱浮標は、その長さが６０フィートである請求項８記載の通信システム。
【請求項１２】
前記通信サブシステムは、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有し、前記円柱浮標が展開された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有する請求項１記載の通信システム。
【請求項１３】
前記通信サブシステムは、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が展開された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するセンサーを備えた請求項１記載の通信システム。
【請求項１４】
前記収縮構造における前記円柱浮標は、前記コンパクト構造における前記センサーを備えた請求項１３記載の通信システム。
【請求項１５】
前記センサーは、データを受信及び／又は送信するように構成されたアンテナである請求項１４記載の通信システム。
【請求項１６】
前記通信サブシステムは、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されるときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームを備えた請求項１５記載の通信システム。
【請求項１７】
前記収縮構造における前記円柱浮標は、前記コンパクト構造における前記レーダードームを備えた請求項１６記載の通信システム。
【請求項１８】
前記レーダードームは、縮小されたレーダー断面積（ＲＣＳ）レーダードームである請求項１７記載の通信システム。
【請求項１９】
前記アンテナを位置決めするためのアンテナ位置調整サブシステムを更に備えた請求項１７記載の通信システム。
【請求項２０】
前記アンテナ位置調整サブシステムは、展開制御サブシステムを備えた請求項１９記載の通信システム。
【請求項２１】
前記アンテナ位置調整サブシステムは、前記アンテナを位置決めすると共に向きを調整するための台座位置調整サブシステムを備えた請求項２０記載の通信システム。
【請求項２２】
衛星信号を中間周波（ＩＦ）信号にダウンコンバートするためのダウンコンバータ及び低ノイズブロック（ＬＮＢ）プリアンプを更に備えた請求項２１記載の通信システム。
【請求項２３】
４５ＧＨｚまでの周波数の送信機能を提供するためのアップコンバータ及び送信アンプを更に備えた請求項２２記載の通信システム。
【請求項２４】
前記アンテナの位置を検出するための電子サブシステムを更に備えた請求項２３記載の通信システム。
【請求項２５】
衛星を追尾するための追尾アンテナ制御サブシステムを更に備えた請求項２４記載の通信システム。
【請求項２６】
前記円柱浮標と前記水中船との間の通信リンクを更に備えた請求項１記載の通信システム。
【請求項２７】
前記通信リンクは、光ファイバーを備えた請求項２６記載の通信システム。
【請求項２８】
前記光ファイバーは、光ファイバーマイクロケーブルである請求項２７記載の通信システム。
【請求項２９】
前記光ファイバーは、低コストのバッファリングされたファイバーである請求項２７記載の通信システム。
【請求項３０】
前記円柱浮標上に光ファイバーのスプールを更に備えた請求項２７記載の通信システム。
【請求項３１】
前記水中船上に光ファイバーのスプールを更に備えた請求項２７記載の通信システム。
【請求項３２】
前記円柱浮標上に光ファイバーのスプールを更に備えると共に、前記水中船上に光ファイバーのスプールを更に備えた請求項２７記載の通信システム。
【請求項３３】
前記水中船は、潜水艦である請求項１記載の通信システム。
【請求項３４】
水中船の発射管から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には水面上に長尺部を有する拡張構造を有する円柱浮標と、
前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が展開された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、
前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されるときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームと、
を備えた拡張可能な円柱浮標海上通信システム。
【請求項３５】
同心のテレスコーピング部を備え、且つ、水中船から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する円柱浮標と、
前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が展開された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、
前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されるときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームと、
前記円柱浮標と前記水中船との間の通信リンクと、
前記アンテナを位置決めするためのアンテナ位置調整サブシステムと、
を備えた拡張可能な円柱浮標海上通信システム。
【請求項３６】
テレスコーピング部を備え、且つ、水中船から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する円柱浮標と、
前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が展開された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、
前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されるときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームと、
前記円柱浮標と前記水中船との間の光ファイバー通信リンクと、
を備えた拡張可能な円柱浮標海上通信システム。
【請求項３７】
テレスコーピング部を備え、且つ、水中船から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する円柱浮標と、
前記円柱浮標の上部に取り付けられ、それにより支持された通信サブシステムと、
前記円柱浮標と前記水中船との間の光ファイバー通信リンクと、
を備えた拡張可能な円柱浮標海上通信システム。
【請求項３８】
水中船との間の海上通信を確立するための方法であって、
テレスコーピング部を備え、且つ、展開前には収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する拡張可能な円柱浮標であって、該円柱浮標の上部に取り付けられ、それにより支持されると共に、該円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に該円柱浮標が拡張された後には該円柱浮標の上部に拡張構造を有する通信サブシステムを備えた当該円柱浮標を前記水中船から展開するステップと、
前記通信サブシステムを拡張するステップと、
前記通信サブシステムによって受信されたデータを前記水中船に伝送すると共に、衛星または他の受信器に対する伝送のために通信サブシステムに前記水中船からのデータを伝送するステップと、
を含む方法。
【請求項３９】
水中船との間の海上通信を確立するための方法であって、
展開前には収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する拡張可能な円柱浮標であって、該円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に該円柱浮標が拡張された後には該円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、該円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されるときには前記アンテナの近くであって該円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームとを備えた当該円柱浮標を前記水中船から展開するステップと、
前記レーダードームを拡張するステップと、
前記アンテナを拡張するステップと、
前記アンテナによって受信されたデータを前記水中船に伝送すると共に衛星または他の受信器に対する伝送のために通信サブシステムに前記水中船からのデータを伝送するステップと、
を含む方法。
【請求項４０】
前記拡張可能な円柱浮標は、テレスコーピング部を備えた請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記テレスコーピング部は、少なくとも、第１、第２、及び第３の同心の部分を備えた請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
前記拡張構造における前記円柱浮標の前記第１の部分を、水面上に少なくとも１５フィートだけ拡張するステップを更に含む請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
前記第２の部分に発泡体浮揚部を配置するステップを更に含む請求項４１記載の方法。
【請求項４４】
前記第３の部分に、空気源と、バッテリーパックと、ケーブルパックとを配置するステップを更に含む請求項４１記載の方法。
【請求項４５】
前記拡張可能な円柱浮標は、アルミニウムの外板を備えた請求項３９記載の方法。
【請求項４６】
前記収縮構造における前記拡張可能な円柱浮標は、前記コンパクト構造における前記アンテナを備えた請求項３９記載の方法。
【請求項４７】
前記収縮構造における前記拡張可能な円柱浮標は、前記コンパクト構造における前記レーダードームを備えた請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
前記拡張可能な円柱浮標の前記収縮構造は、その長さが１５フィートよりも短く、その直径が２フィートよりも小さい請求項３９記載の方法。
【請求項４９】
前記拡張可能な円柱浮標の前記収縮構造は、その長さが１０フィートであり、その直径が２０インチである請求項３９記載の方法。
【請求項５０】
前記拡張可能な円柱浮標の前記拡張構造は、その長さが４０フィートよりも長い請求項４８記載の方法。
【請求項５１】
前記拡張可能な円柱浮標の前記拡張構造は、その長さが６０フィートである請求項４９記載の方法。
【請求項５２】
前記レーダードームは、縮小されたレーダー断面積（ＲＣＳ）のレーダードームである請求項４７記載の方法。
【請求項５３】
前記アンテナを位置決めするステップを更に含む請求項３９記載の方法。
【請求項５４】
前記アンテナの位置を検出するステップを更に含む請求項５３記載の方法。
【請求項５５】
衛星を追尾するステップを更に含む請求項５４記載の方法。
【請求項５６】
データを伝送するステップは、光ファイバーを介してデータを伝送するステップを含む請求項３９記載の方法。
【請求項５７】
前記円柱浮標上のスプールに前記光ファイバーを配置するステップを更に含む請求項５６記載の方法。
【請求項５８】
前記水中船上のスプールに前記光ファイバーを配置するステップを更に含む請求項５６記載の方法。
【請求項５９】
前記円柱浮標上のスプールと前記水中船上のスプールとに前記光ファイバーを配置するステップを更に含む請求項５６記載の方法。
【請求項６０】
水中船との間の海上通信を確立するための方法であって、
テレスコーピング部を備え、且つ、展開前には収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する拡張可能な円柱浮標であって、該円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に該円柱浮標が拡張された後には該円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、該円柱浮標が収容され初期に拡張されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されるときには前記アンテナの近くであって該円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームとを備えた当該円柱浮標を前記水中船から展開するステップと、
前記レーダードームを拡張すると共に前記アンテナを拡張するステップと、
前記アンテナを位置決めしてデータを送信し受信するステップと、
前記アンテナにより受信された前記データを前記水中船に伝送すると共に衛星または他の受信器に対する伝送のために通信サブシステムに前記水中船からのデータを伝送するステップと、
を含む方法。
【請求項６１】
水中船から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する円柱浮標と、
前記円柱浮標の上部に取り付けられ、それにより支持された通信サブシステムと、
を備え、
前記通信サブシステムは、
前記円柱浮標が前記収縮構造で収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が拡張された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有し、データを受信及び／又は送信するように構成されたアンテナと、
前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されるときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームと、
を備えた拡張可能な円柱浮標海上通信システム。
【請求項６２】
前記収縮構造における前記円柱浮標は、前記コンパクト構造における前記レーダードームを備えた請求項６１記載の通信システム。
【請求項６３】
前記レーダードームは、縮小されたレーダー断面積（ＲＣＳ）のレーダードームである請求項６２記載の通信システム。
【請求項６４】
前記アンテナを位置決めするためのアンテナ位置調整サブシステムを更に備えた請求項６２記載の通信システム。
【請求項６５】
前記アンテナ位置調整サブシステムは、展開制御サブシステムを備えた請求項６４記載の通信システム。
【請求項６６】
前記アンテナ位置調整サブシステムは、前記アンテナを位置決めすると共に向きを調整するための台座位置調整サブシステムを備えた請求項６５記載の通信システム。
【請求項６７】
衛星信号を中間周波（ＩＦ）信号にダウンコンバートするためのダウンコンバータ及び低ノイズブロック（ＬＮＢ）プリアンプを更に備えた請求項６６記載の通信システム。
【請求項６８】
４５ＧＨｚまでの周波数の送信機能を提供するためのアップコンバータ及び送信アンプを更に備えた請求項６７記載の通信システム。
【請求項６９】
前記アンテナの位置を検出するための電子サブシステムを更に備えた請求項６８記載の通信システム。
【請求項７０】
衛星を追尾するための追尾アンテナ制御サブシステムを更に備えた請求項６９記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜水艦のような水中船との間の通信を提供するための拡張可能な円柱浮標海上通信システムを含む改良された海上通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の戦闘状態(warfare)は、しばしば、連携して行動する複数の兵科(branches of the military)を巻き込み、過酷な環境において予測できない状況の中で活動する軍隊間の高速かつ高データレートの通信が頻繁に必要とされる。スピードが重視されるターゲットは迅速に制圧される必要がある。極めて高いデータレートで高解像度の画像を伝送する能力がしばしば要求される。軍事任務を実行し遂行するために、しばしば、このような通信の有効性(effectiveness)は、例えば実時間データリンクに依存する。他の例では、衛星ＧＢＳ(the satellite global broadcast system)によって配信される高解像度の諜報監視偵察(intelligence surveillance and reconnaissance; ISR)画像が必要とされる。このような状況の多くでは、ステルス(stealth)性が傑出している。センサまたは通信システムは、受信者である部隊または船舶の位置を暴露すべきではなく、さもなければ、作戦行動(operation)を危険にさらす。
【０００３】
潜水艦のような水中船は、しばしば、戦場シナリオの不可欠な部分を形成する。潜水艦は、他の戦域資産(theater assets)への連携を強化することのみならず、特殊作戦部隊および極秘任務の支援やターゲットの制圧を含む種々の任務および展開を支援することができる。
【０００４】
潜水艦は、軍事行動のための持久性(endurance)、ステルス性、可動性(mobility)を備える。しかしながら、海面近くの沿岸または海岸の水域において、低速では潜水艦が探知される確率が増加し、そして探知結果は拡大される。従って、任務機能の続行中にステルス性を維持するのに足りる十分な深度と速度で行動しながら通信する能力を有することは潜水艦にとって有利である。
【０００５】
海上通信(sea-based communication)は、戦場シナリオにおける潜水艦の参加を可能にする。高帯域衛星通信(SATCOM)は、スピードが重視されるＮＣＷ(Network Centric Warfare)作戦行動のような、戦場シナリオにおける潜水艦の参加を可能にするものの一つである。しかしながら、このような通信のための既存の選択肢は、ＳＡＴＣＯＭ受信及び／又は送信のようなもののための配置されたアンテナで高データレート通信を提供するか、あるいはステルス性（極めて低いデータレートでの通信）を提供するかの何れかであり、その両方は提供しない。既知の海上通信システム、とりわけ高帯域の潜水艦通信のためのシステムは、潜水艦の艦橋から展開し収縮されるマスト実装アンテナを備えている。しかしながら、潜水艦の艦橋からの展開は多くの欠点を有する。マストの限られた長さは、潜水艦が長時間にわたって比較的浅い潜望鏡深度(periscope depth)で活動することを要求する。マストによって発生した航跡(wake)は何マイルにもわたって探知可能である。従って、潜水艦と任務の安全が危険にさらされる可能性がある。最終的に、収縮可能なマスト実行のＳＡＴＣＯＭアンテナのサイズ（故にデータレート）が制限される。
【０００６】
また、水中に潜った潜水艦のための通信を確立するために、さまざまな無人水中船(Unmanned Underwater Vehicles; UUV)が開発され、或いは開発中である。ＵＵＶは、多くの高度な作業を実行することができ、複数の役割、即ち通信および偵察を提供する。しかしながら、このようなシステムは、通常、多くの欠点を有する。ＵＵＶは、或る最小速度よりも速い速度で動くことによってのみ、海面近くの波動においてその姿勢を維持することができる。このことは、ＵＵＶに給電するバッテリの寿命を制限する。また、ＵＵＶは、その探知可能性を増加させる小さな航跡を発生する。更に、ＵＵＶは、高データレートでＧＢＳを受信するのに十分大きなアンテナを支持できなければならず、そしてそれは、頻繁な海の波のかく乱を避けるためには海水から十分に高く出ていなければならない。これらの要件を達成するために、適度に大きなＵＵＶが必要とされ、コストが高くなる。加えて、高価で比較的大きなＵＵＶの回収作業は、潜水艦を主要任務からそらし、探知という追加的危険を負うことになる。
【０００７】
従来の円柱浮標構造は、代表的には、顕著な復原力を有する大質量の極めて大きく堅い浮プラットフォームである。これらの円柱浮標は、大きなワークプラットフォームまたはデータ収集／遠隔測定浮標としての機能を果たす。一つの例は、ＯＤＡＳイタリア１の円柱浮標(ODAS Italia 1 spar buoy)であり、それは、長さが１５０フィートで２４０００ポンド変位である。海洋学研究の外洋研究所は、ＯＤＡＳイタリア１の円柱浮標の一使用例である。しかしながら、このような構造は、小さなサイズとステルス性のような品質が必要とされ或いは望まれる利用のためには根本的に再スケーリングされなければならない。
【０００８】
水面に浮く浮標(surface floating buoy)は、また、展開された舷外浮材(outriggers)を用いても、とりわけ通信目的で使用される場合には不利である。それは、荒波と強風の中でそのビームを衛星に維持しなければならない安定化アンテナには貧弱なプラットフォームである。アンテナは、風の影響と打ち付ける波の影響を最小化するために十分に高くなければならず、そして浮標は、持ち上げられたアンテナに吹き付ける風がそれをひっくり返さないように十分に大きくなければならない。これらの要因は、意図された目的のためには水面に浮く浮標をあまりにも大きくする。
【０００９】
回収可能な浮標は、潜水艦通信システムでの使用のための他のタイプの既知の浮標を構成する。回収可能な浮標は、適度なサイズであり、その上端に指向性アンテナを備えてもよい。回収可能な浮標は、潜水艦の艦橋後部のデッキ上の作業台(cradle)から放たれ、そしてデータと、それと共に回収ケーブル(recovery cable)を運ぶ。この回収可能な浮標システムは、多くの欠点を有する。第１に、この構想は、他方が回収されて再び進水する間に一方が動作するように、このような二つの回収可能な浮標を必要とする。頻繁な放出と回収動作は、音響学的痕跡(acoustic signature)を生じ、そして探知の確率を増加させ、それは望ましくないことである。また、深度も速度も過剰でない場合にのみ浮標が海面に到達するため、このシステムは、深い深度と速い速度では広帯域通信を提供しない。更に、回収可能な浮標の上端に収容可能なアンテナのサイズがあまりにも小さいので、広帯域ＧＢＳ受信のような或るタイプの通信を受信することができない。加えて、潜水艦の動きは、データと回収ケーブルが尽きるまでデータ収集を可能にするのみであり、そして、ケーブルは格納式の浮標を回収するのに十分に丈夫でなければならず、そのために利用可能なケーブルの長さが制限されており、そのため、上記データ収集はほんの数分である。その時点で、通信は中断され、そして回収可能な浮標が水中から引き上げられて、潜水艦上の作業台に戻される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、種々の通信装置または通信サブシステムのための安定的なプラットフォームを提供するための拡張可能な円柱浮標を備えた改良された海上通信システムを提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、収容時に通信サブシステムのいっそう効率的なパッケージングを可能にする拡張可能な円柱浮標を備えた改良された海上通信システムを提供することにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、既存の発射機構を通じて水中に潜っている間に潜水艦のような水中船から放出することができる拡張可能な円柱浮標を備えた改良された海上通信システムを提供することにある。
【００１３】
また、本発明の目的は、潜水艦のような水中船が、この水中船の軍事行動または場所を危険にさらすことなく、深い深度と速い速度で通信を送信し受信できるようなコンパクトで拡張可能な通信サブシステムの積載のための十分な空間を提供する拡張可能な円柱浮標を備えた改良された海上通信システムを提供することにある。
【００１４】
また、本発明の目的は、深い深度と速い速度の水中船に対する実時間で高帯域の衛星信号接続のためのプラットフォームを提供する拡張可能な円柱浮標を備えた改良された海上通信システムを提供することにある。
【００１５】
また、本発明の目的は、衛星信号を中間周波（ＩＦ）信号にダウンコンバートし、該ＩＦ信号をデジタル信号にデコードすることを提供する拡張可能な円柱浮標と、信号を衛星または他の受信器に送信するための変調器とアップコンバータと増幅器とを備えた改良された海上通信システムを提供することにある。
【００１６】
また、本発明の目的は、比較的低コストで且つ使い捨て可能である拡張可能な円柱浮標を備えた改良された海上通信システムを提供することにある。
【００１７】
本発明は、ステルス性と速度を維持する潜水艦のような水中船との間の通信を提供する改良された海上通信システムが、水中船から展開可能な拡張可能な円柱浮標を用いて達成されることができ、上記水中船が、上記拡張可能な円柱浮標の上部に取り付けられて支持された通信サブシステムを備えるという認識に由来する。また、本発明は、拡張可能なレーダードーム(radome)のみならず、拡張可能なアンテナのような種々のセンサが、深い深度の水中船とリンクされる拡張可能な円柱浮標の内部に通信サブシステムの一部として備えられてもよいという更なる認識に由来する。
【００１８】
しかしながら、本発明は、他の実施形態においては、必ずしもこれらの目的の全てを達成する必要はなく、本願の請求項は、これらの目的を達成することができる構成および方法に限定されるべきではない。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、水中船から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する円柱浮標と、前記円柱浮標の上部に取り付けられて支持された通信サブシステムとを備えた拡張可能な円柱浮標海上通信システムを特徴とする。前記拡張可能な円柱浮標は、テレスコーピング部を備えてもよく、前記テレスコーピング部は、少なくとも第１、第２、および第３の同心の部分を備えてもよい。前記第１の部分は、水面上に１５フィート以上拡張してもよい。前記第２の部分は、発泡体浮揚部(foam flotation portion)を備えてもよく、前記第３の部分は、空気源とバッテリパックとケーブルパックを備えてもよい。前記拡張可能な円柱浮標は、アルミニウムの外板を備えてもよい。前記拡張可能な円柱浮標は、前記収縮構造において、長さが１５フィートよりも短く、直径が２フィートよりも小さくてもよく、前記収縮構造において、長さが１０フィートであり、直径が２０インチであってもよい。前記収縮構造において、前記円柱浮標は、魚雷またはミサイルの発射管の内部にぴったりと収まってもよい。前記拡張可能な円柱浮標は、前記拡張構造において、長さが４０フィートよりも長く、そして、それは前記拡張構造において６０フィートであってもよい。
【００２０】
前記通信サブシステムは、前記拡張可能な円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有し、前記円柱浮標が拡張された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有してもよい。前記通信サブシステムは、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が拡張された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するセンサーを備えてもよい。前記収縮構造における円柱浮標は、前記コンパクト構造におけるセンサーを備えてもよい。前記センサーは、データを受信及び／又は送信するように構成されたアンテナであってもよい。前記通信サブシステムは、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が拡張された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されるときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームとを備えてもよい。前記収縮構造における前記通信サブシステムは、前記コンパクト構造における前記アンテナを備えてもよく、前記コンパクト構造における前記レーダードームを備えてもよい。前記レーダードームは、縮小されたレーダー断面積(Radar Cross Section; RCS)のレーダードームであってもよい。
【００２１】
前記拡張可能な円柱浮標海上通信システムは、前記アンテナを位置決めするためのアンテナ位置調整サブシステムを更に備えてもよく、前記アンテナ位置調整サブシステムは、展開制御サブシステムを備えてもよい。前記アンテナ位置調整サブシステムは、また、前記アンテナを位置決めし向きを調整するための台座位置調整サブシステムを備えてもよい。前記通信システムは、前記アンテナの位置を検出するための電子サブシステムを更に備えてもよく、それは、衛星を追尾するための追尾アンテナ制御サブシステムを備えてもよい。前記通信システムは、衛星信号を中間周波（ＩＦ）信号にダウンコンバートするためのダウンコンバータ及び低ノイズブロック(LNB)プリアンプを備えてもよく、それは、送信されるべきデータをＩＦ信号に変換するための変調器と、前記ＩＦ信号をＲＦ信号に変換するためのアップコンバータと、４５ＧＨｚまでの周波数の送信機能を提供するための送信アンプとを更に備えてもよい。加えて、前記通信システムは、また、前記円柱浮標と前記水中船との間の通信リンクを備えてもよい。前記通信リンクは、光ファイバーを備えてもよく、前記光ファイバーは、光ファイバーマイクロケーブルであってもよく、或いは、それは低コストのバッファリングされたファイバーであってもよい。前記円柱浮標上或いは前記水中船上に光ファイバーのスプールが存在してもよく、または、前記円柱浮標上に光ファイバーのスプールが存在すると共に前記水中線上にも光ファイバーのスプールが存在してもよい。前記水中船は潜水艦であってもよい。
【００２２】
本発明は、また、水中船の発射管から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には水面上に長尺部分を有する拡張構造を有する円柱浮標と、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が拡張された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されるときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームとを備える拡張可能な円柱浮標海上通信システムを特徴とする。
【００２３】
本発明は、更に、同心のテレスコーピング部を備え、且つ、水中船から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する円柱浮標と、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が展開された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが展開されるときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームと、前記円柱浮標と前記水中船との間の通信リンクと、前記アンテナを位置決めするためのアンテナ位置調整サブシステムとを備えた拡張可能な円柱浮標海上通信システムを特徴とする。
【００２４】
本発明は、また、テレスコーピング部を備え、且つ、水中船から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する円柱浮標と、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が展開された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが展開されるときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームと、前記円柱浮標と前記水中船との間の光ファイバー通信リンクとを備えた拡張可能な円柱浮標海上通信システムを特徴とする。
【００２５】
本発明は、更に、テレスコーピング部を備え、且つ、水中船から展開可能な収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する円柱浮標と、前記円柱浮標の上部に取り付けられて支持された通信サブシステムと、前記円柱浮標と前記水中船との間の光ファイバー通信リンクとを備えた拡張可能な円柱浮標海上通信システムを特徴とする。
【００２６】
本発明は、また、水中船との間の海上通信を確立するための方法であって、展開前には収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する拡張可能な円柱浮標を前記水中船から展開するステップであって、前記円柱浮標が、前記円柱浮標の上部に取り付けられて支持されると共に前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が展開された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有する通信サブシステムを備えたステップと、前記通信サブシステムを展開するステップと、前記通信サブシステムによって受信されたデータを前記水中船に伝送すると共に衛星または他の受信器に対する通信のために通信サブシステムに前記水中船からのデータを伝送するステップとを含む方法を特徴とする。
【００２７】
本発明は、更に、水中船に対する海上通信を確立するための方法であって、展開前には収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する拡張可能な円柱浮標を水中船から展開するステップであって、前記円柱浮標が、前記円柱浮標が収容され初期に展開されされるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が拡張された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されるときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームとを備えたステップを含む方法を特徴とする。本方法は、更に、前記レーダードームを展開するステップと、前記アンテナを拡張するステップと、前記アンテナによって受信されたデータを前記水中船に伝送すると共に衛星または他の受信器に対する伝送のために通信サブシステムに前記水中船からのデータを伝送するステップとを含む。前記拡張可能な円柱浮標は、テレスコーピング部を備えてもよく、前記テレスコーピング部は、少なくとも、第１、第２および第３の同心の部分を備えてもよい。本方法は、更に、少なくとも、前記拡張構造における拡張可能な円柱浮標の前記第１の部分を水面上に少なくとも１５フィートだけ拡張するステップを含んでもよい。本方法は、更に、前記第２の部分に発泡体浮揚部を配置(dispose)するステップを含んでもよく、そして更に、前記第３の部分に、空気源、バッテリーパック、ケーブルパックを配置するステップを含んでもよい。前記円柱浮標は、アルミニウムの外板を備えてもよく、前記収縮構造における円柱浮標は、前記コンパクト構造における前記アンテナと、前記コンパクト構造における前記レーダードームを備えてもよい。前記収縮構造において、前記拡張可能な円柱浮標は、長さが１５フィートよりも短く、直径が２フィートよりも小さくてもよい。また、前記収縮構造において、前記円柱浮標は、長さが１０フィートであり、直径が２０インチであってもよい。前記拡張構造において、前記拡張可能な円柱浮標は、長さが４０フィートよりも長くてもよい。また、前記拡張構造において、前記拡張可能な円柱浮標は、長さが６０フィートであってもよい。前記レーダードームは、縮小されたレーダー断面積(Radar Cross Section; RCS)のレーダードームであってもよい。本方法は、前記アンテナを位置決めするステップと、前記アンテナの位置を検出するステップと、衛星を追尾するステップとを更に含んでもよい。データを伝送するステップは、光ファイバーを介してデータを伝送するステップを含んでもよい。本方法は、また、前記円柱浮標上のスプール或いは前記水中船上のスプールに前記光ファイバーを配置し、または、前記円柱浮標上のスプールと前記水中船上のスプールとに前記光ファイバーを配置するステップを含んでもよい。
【００２８】
本発明は、更に、水中船に対する海上通信を確立するための方法であって、テレスコーピング部を備え、且つ、展開前には収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する拡張可能な円柱浮標を水中船から展開するステップであって、前記円柱浮標が、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が拡張された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されたときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームとを備えたステップと、前記レーダードームを拡張すると共に前記アンテナを拡張するステップと、データを送信し受信するために前記アンテナを位置決めするステップと、前記アンテナによって受信された前記データを前記水中船に伝送すると共に衛星または他の受信器に対する伝送のために通信サブシステムに前記水中船からのデータを伝送するステップとを含む方法を特徴とする。
【００２９】
他の目的、特徴、及び利点は、以下の好ましい実施形態の記述と添付の図面から当業者に明らかになるであろう。
図１は、代表的な海軍の沿岸行動戦域を示す図である。
図２は、水中船に接続された本発明による拡張可能な円柱浮標海上通信システムを示す図である。
図３Ａ−Ｅは、本発明による拡張可能な円柱浮標の展開のシーケンスを示す図である。
図４は、拡張構造における図２の拡張可能な円柱浮標の詳細を示す図である。
図５は、収縮構造における図２の拡張可能な円柱浮標の詳細を示す図である。
図６は、本発明による通信システムの詳細を示す図であり、展開された構造におけるアンテナとレーダドームの両方を示す図である。
図７Ａ−Ｃは、本発明で使用されるアンテナ位置調整サブシステムおよび電子サブシステムのような種々のシステムの一構成を示す図である。
図８は、図２に示された水中船と拡張可能な円柱浮標との間の通信リンクの詳細を示す図である。
図９は、本発明による例えば潜水艦などの水中船との海上通信を確立する方法に関連する主要なステップを示すフローチャートである。
図１０は、本発明による例えば潜水艦などの水中船との海上通信を確立する他の方法に関連する主要なステップを示すフローチャートである。
図１１は、本発明による例えば潜水艦などの水中船との海上通信を確立する更なる方法に関連する主要なステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に開示される好ましい実施形態のほかにも、本発明は、他の実施形態が可能であり、種々の形態で実施され実行されることができる。従って、本発明は、その適用が、以下に述べられる要素または図面に示される要素に制限されるものではない。ここでは一実施形態のみが説明されるとしても、その請求項は、ある種の排除、制限、または放棄を明示する明らかで説得力のある証拠が存在しない限り、限定的に解釈されるべきではない。
【００３１】
前述の背景技術で述べたように、図１に示される海軍の沿岸戦闘局面では、海軍航空活動(Naval Aviation)１２、海上の海軍(surface Navy)１４、および陸軍または海兵隊地上部隊の複数の部隊が連携して行動する。潜水艦１６のような水中船は、全ての部隊と連携する。衛星ＧＢＳ(satellite Global Broadcast System)２０は、全ての部隊によって利用されることができる。
【００３２】
既存のシステムとは対照的に、本発明は、コンパクトで、拡張可能で、使い捨て可能なシステムによる海上通信を提供し、それは、潜水艦の既存の魚雷またはミサイルの発射管から展開されてもよい。
【００３３】
図２に、本発明による拡張可能な円柱浮標海上通信システムおよび方法３０を示す。拡張可能な円柱浮標海上通信システム３０は、水中船４０、即ち潜水艦から展開可能な収縮構造(retracted configuration)を有すると共に展開後には拡張構造(extended configuration)を有する拡張可能(extendable)な円柱浮標または円柱浮標(spar buoy)３２を備える。拡張可能な円柱浮標海上通信システム３０は、また、円柱浮標３２の上部に取り付けられて支持された通信サブシステム３３を備える。円柱浮標３２は、外洋の状況において安定的なプラッフォームを提供し、通信サシステム３３を波動３７から切り離すと共に、円柱浮標３２を水中船４０から空間的に隔てることを可能にする。通信リンク３８は、円柱浮標３２を水中船４０とリンクさせる。
【００３４】
具体的には、拡張可能な円柱浮標３２は、図３Ａに示されるような収縮構造を有するように構成可能である。収縮構造において、円柱浮標３２は、サイズが既存の潜水艦の魚雷収納ラック及び発射管に適合する。従って、円柱浮標３２は、厳しく制約された潜水艦の気密室容積におけるスペースを最小化し、収縮されると、通常の潜水艦の武器と同様であり、これらの両方とも有益な利点である。実に、円柱浮標３２は、既存の潜水艦の発射管から発射されて展開されるように構成され、それ故に、何ら追加的または独立した放出機構を必要とせず、従って別の有益な利点を提供する。
【００３５】
円柱浮標３２は深い深度で展開可能であり、水面では展開されない。図３Ａ−３Ｅに、円柱浮標３２の展開シーケンスを示す（正確な縮尺ではない）。展開がなされると、円柱浮標３２は、収縮構造から拡張し（図３Ｂ参照）、そして同時に海面５４に向かって上がる（図３Ｃ参照）。通信サブシステム３３は、円柱浮標３２の上部に取り付けられ、それによって支持されている。水面に浮上した後、通信サブシステム３３のコンポーネントが展開される（図３Ｄ参照）。図３Ｄに示す例では、通信サブシステム３３は、図３Ｅに示すように、コンパクト構造から拡張構造に展開する円柱浮標３２の上部にレーダードーム(radome)３４を備える。レーダードーム３４は、センサー３５を囲むと共に保護し、このセンサー３５は、後述の関連するアンプ及びコンバータと同様に、一例を挙げればアンテナ３６である。収縮構造において、レーダードーム３４及びアンテナ３６は、後で詳しく説明するように、円柱浮標３２内のピルボックス(pill box)９０の内部にある（図５参照）。
【００３６】
円柱浮標３２の複数の部分が、水中船、例えば潜水艦から展開可能な収縮構造（図３Ａに示される）を形成するように構成され、上記複数の部分は、また、円柱浮標３２の展開後には拡張構造を形成するように構成される。図４は、複数の部分６２，６４，６６を含み、展開されると現れる拡張構造における円柱浮標３２の更なる詳細を示す。拡張可能な円柱浮標３２は、特定の個数の部分に何ら限定されず、それは複数の部分を含み、代表的には３つの部分であり、そして６乃至８個の部分を含んでもよく、それは、代表的にはテレスコーピング(telescoping)部であり、代表的には同心(concentric)である。これらの複数の部分は、代表的にはマスト部６２と、浮揚部６４と、格納部６６とを含む。一例において、中空円筒３７は、約１６乃至１８インチであり、拡張可能な円柱浮標３２に備えられる。浮揚部６４は、代表的には、浮揚部６４を取り囲む環状の円筒を密封することにより、密封される。
【００３７】
拡張構造において、円柱浮標３２は、長さが４０フィートよりも長く、水線または水面５４上に、長尺部分、具体的にはマスト部６２を有する。マスト部６２は、代表的には、水線５４の上で１５フィートあるいはそれ以上の長さである。この１５フィートの“乾舷(freeboard)”は、高い波浪階級の状態、即ち波及び風のアンテナ３６及びレーダードーム３４に対する衝撃(impact)を減少させる。円柱浮標３２の４５フィートが水線５４の下にある。
【００３８】
円柱浮標３２は、魚雷管からの放出に耐え抜くことができ、海面に浮上し、拡張し、そして波浪階級５までの状況において波の活動と風圧からの偏位(deflection)を抑えることができる。一例を挙げれば、円柱浮標３２は、アルミニウムの外板７０を備える。浮揚部６４は、拡張可能な円柱浮標３２が展開されたときに水線領域にある発泡体または剛体の浮揚部７２、及び／又は、内部空気注入式の浮袋７４を備える。アルミニウムの外板７０は、耐久性および剛性を提供する。浮揚部６４は、浮力の中心（Ｃｂ）を上昇させ、且つ、円柱浮標３２の垂直性(verticality)を維持するための十分且つ適切な復原力(righting moment)を提供する。バラスト(ballast)７６は、円柱浮標３２の重心（Ｃｇ）を下げ、変位(displacement)を実現する。バラスト７６は、浮揚部７２と共に、円柱浮標３２を自己復原(self-righting)させる。円柱浮標３２の格納部６６は、空気源８０、バッテリーパック８２、ケーブルパック８４を含む。バラスト７６は、空気源８０、バッテリーパック８２を備え、特定の適用に対しては必要に応じて、鉛のような追加的バラストを備える。
【００３９】
従って、拡張可能な円柱浮標３２は、海面に浮上して、海面の波の活動と風圧から通信サブシステム３３を有効に切り離しながら通信サブシステム３３を位置させる。当業者であれば、種々の材料並びに種々のＣｂ及びＣｇが、具体的な適用または特定の所望のパラメータに依存して選択されてもよいことは明らかである。
【００４０】
図３Ａの収縮構造において、円柱浮標３２は図４の格納部６６のサイズである。一例において、収縮した円柱浮標３２は、長さが１５フィートよりも短く、直径が２フィートよりも小さい。好ましくは、収縮構造において、円柱浮標３２は、長さが１０フィートであり、直径が２０インチである。格納部６６は、円柱浮標３２が拡張されると、底部に存在する。
【００４１】
円柱浮標３２が収縮されると、格納部６６は、代表的にはテレスコーピング部６２，６４，６６の最内部である。収縮構造における円柱浮標３２は、図５に更に詳細に示されている。空気源８０、バッテリーパック８２、およびケーブルパック８４もまた収縮構造にぴったりと収まる。通信サブシステム３３のようなペイロード(payload)８８は、ピルボックス９０内に備えられてもよい。通信サブシステム３３は、任意のタイプのコンパクトにできるセンサー、またはピルボックス９０のサイズ或いはそれよりも小さなサイズの任意のセンサーを備えてもよい。一例を挙げれば、センサーはアンテナであってもよく、通信サブシステム３３は、更にレーダードームを備えてもよい。言うまでもなく、アンテナのようなセンサーもまた、円柱浮標が拡張された後に拡張構造を有してもよい。アンテナシステムの例では、ピルボックス９０は、図４のアンテナ３６およびレーダードーム３４をコンパクト構造で備える。
【００４２】
一実施形態において、図５の空気源８０は、ガス容器に収容された圧縮ガスであり、この圧縮ガスは、（図４に示されるように）円柱浮標３２を収縮構造から拡張構造に展開させ、そして、浮揚部６４にある内部の浮袋７４を膨らませて浮力を発生させる。図５のバッテリーパック８２は、円柱浮標３２において必要に応じて電力を提供し、例えば、アンテナ位置調整システムに電力を供給する。前述の背景技術において述べたような大電力を必要とする公知の回収可能な浮標およびシステムとは対照的に、本発明は、使い捨ての円柱浮標であるのみならず、ここで述べるような設計、構成要素、および構成により比較的低電力で足りる。
【００４３】
本発明による拡張可能な円柱浮標３２は、特定の用途に適合する形状と大きさに形成されてもよいが、拡張構造における円柱浮標３２のための好ましい設計パラメータは、浮標の上部から４５フィートでのＣｇと浮標の上部から２５フィートでのＣｂのみならず、６０フィートの長さ、２０００ポンド(Lb)の空気重量(air weight)、１２．６平方インチ(in2)の海面貫通面積(surface piercing area)を含む。これらの設計パラメータに基づく分析は、円柱浮標３２が、２１．２秒の周期で振動する鉛直応答(vertical response)を有することを示す。これらの条件下での決定的に減衰された１度の自由なバネ質量系としてモデル化すると、浮標の鉛直偏位(vertical excursion)は約３２インチと予測され、波面の動きの８０％減衰よりも大きい。別の波浪階級における動作を提供する他のパラメータセット、または別のペイロードのためのパラメータセットもまた本発明の要旨の範囲内である。
【００４４】
代表的には、円柱浮標上の負荷は、海面から円柱浮標の底への軌道運動(orbital motion)によって引き起こされる。軌道の直径は、波高と波長の関数として深さに伴って減少する。しかしながら、周期は水柱(water column)を通じて同じである。従って、９．７秒の周期の波は、深度とは無関係に９．７秒の軌道周期を有する粒子運動を与える。従って、最も重要な波の負荷は、海面の近くの領域で受けるであろう。
【００４５】
一次分析が、本発明の円柱浮標のための前述の設計パラメータに基づき種々の波浪階級条件での浮標の横揺れ(roll)と水平動(horizontal motion)を予測するために実施された。表１の一覧に示された波浪階級を関数として予測された傾斜(tilt)と変位(displacement)は、本円柱浮標設計が、海上通信を確保するのに十分に安定的なプラットフォームを提供することを示している。
【００４６】
【表１】
2008530949.tif 000003
【００４７】
通信が成立して任務が完了した後、円柱浮標３２は沈められることができる。任務時間中、円柱浮標３２は、衛星通信のような海上通信のためのプラットフォームとして使用されてもよいが、本発明はこのような使用に限定されるものではない。
【００４８】
概して、図３Ａ−３Ｅの通信サブシステム３３は、拡張可能な円柱浮標３２が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有し、円柱浮標３２が拡張された後、円柱浮標３２が拡張された後には、円柱浮標３２の上部に拡張(expanded)または伸張(extended)された構造を有する。図３Ａの拡張可能な円柱浮標３２が展開されるとき（且つ、格納中の展開に先だって）、通信サブシステム３３は、ピルボックス９０の内部に収まるコンパクト構造にある。図３Ｅの拡張可能な円柱浮標３２が完全に展開されると、通信サブシステム３３は、拡張または伸張された構造になる。
【００４９】
上述のように、一例を挙げれば、図４の通信サブシステム３３は、センサー３５を備え、このセンサー３５は、円柱浮標３２が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有し、そして円柱浮標３２が拡張された後には円柱浮標３２の上部に拡張構造を有する。通信サブシステム３３は、また、以下に更に詳細に説明するように、アンプとコンバータを備える。この例では、収縮構造における円柱浮標３２は、コンパクト構造におけるセンサー３５を備える。好ましくは、センサー３５は、アンテナ３６のようなアンテナである。センサー３５は、また、高利得反射アンテナまたはフェーズドアレーアンテナ（２方向において電気的に走査し、または一方向において電気的に走査すると共に他方向において機械的に走査する）のような他のセンサー装置を含む。特に、高利得反射アンテナは、４５ＧＨｚまでの周波数で動作し、それは、受信機能のみならず送信機能も支援する。これらの機能は、種々の衛星に対する通信を可能にし、ＧＢＳ信号、Ｋａ−バンド信号、およびＥＨＦ(extremely high frequency)衛星信号を含む。
【００５０】
図３Ａの円柱浮標３２が収容され初期に展開されるとき、その内部にアンテナ３６とレーダードーム３４（図示なし）を備えた図５の通信サブシステム３３は、ピルボックス９０の内部に納まるコンパクト構造である。図３Ｅの円柱浮標３２が展開されると、通信サブシステム３３の内部のアンテナ３４が図６の拡張構造になり、そしてレーダードーム３４がその拡張構造になる。
【００５１】
図６は、レーダードーム３４とアンテナ３６の拡大図であり、両方とも円柱浮標３２の上部にある。円柱浮標３２が完全に展開された後、レーダードーム３４及びアンテナ３６は、それらのコンパクト構造から展開される。レーダードーム３４及びアンテナ３６は、本技術分野で知られるような膨張式(inflatable)であってもよく、例えば、論文「Improvement of the Three-meter Ka-band Inflatable Reflectarray Antenna, Huang, J.(Jet propulsion Laboratory, California Institute of Technology); Alfonso Feria, V.;Fang, H., IEEE antennas and Propagation Society, AP-S International Symposium(Digest), v.l, 2001, pp.122-125」と、論文「Inflatable Parabolic Torus Reflector Antenna for Space-Borne Applications: Concept, Design and Analysis, Hoferer, Robert A.(Univ of California, Los Angels); Rahmat-Samii, Yahya, IEEE Aerospace Applications Coference Proceedings, v.3, 1999, pp.249-263」と、論文「Inflatable Microstrip Reflectarray Antennas at X and Ka-band Frequencies, Huang, John(California Inst of Technology);Feria, Alfonso, IEEE Antennas and Propagation Society, AP-S International Symposium(Digest), v.3, 1999, pp.1670-1673」を参照されたい。
【００５２】
このような状況で、レーダードーム３４及びアンテナ３６が膨らみ、そしてアンテナ指向（位置調整）サブシステム(antenna pointing subsystem)と電子サブシステムは、これらも備えられるのであるが、アンテナ３６の向きを図１の衛星２０に合わせることを可能にする。図６のレーダードーム３４は、アンテナ３６を収容して環境から保護する。レーダードーム３４及びアンテナ３６のための基部(base)９２は、円柱浮標３２に直接的に取り付けられている。レーダードーム３４及びアンテナ３６は、それらの拡張及び伸張された構造で示されている。図６に示されるように、レーダードーム３４は球形であってもよい。拡張されると、レーダードーム３４は、アンテナ３６の全動作範囲を収容するのに十分な大きさを有している。代表的には、レーダードーム３４は、円柱浮標３２が海面に出た後(図３Ｅ)、アンテナ３６の展開前に展開される（図６）。
【００５３】
上述のように、公知の通信システムは、ＳＡＴＣＯＭ機能のような海上通信またはステルス性の何れかを実現するが、その両方を実現するものではない。例えば２４ＧＨｚのＧＢＳデータレートのような所望の高データレートを実現することにおける一つの要因は受信信号強度であり、それはアンテナ効率およびサイズの関数であり、アンテナ効率は、アンテナを取り囲むレーダードームの透過性(transparency)と、アンテナの反射器表面の表面精度とを含む種々の要因に依存する。本発明は、より大きな効率とサイズを提供する相性のよいアンテナとレーダードームが、効率を維持すると共にステルスを維持しながら利用されるような適切なプラットフォームを提供する。
【００５４】
また、マスト実装のアンテナを囲む厚いレーダードームのような既存のレーダードームとは対照的に、レーダドーム３４は薄くて軽量であり、そして小さな容積から拡張可能である。透過性を通じてより高い効率を実現するために、レーダードーム３４は、米国特許出願番号第１０／６２０８８４号に述べられているようなポリエステルポリアリレートファイバー(polyester polyarylate fibers)を含んでもよく、上記出願は、参照することによりそっくりそのまま本願明細書に組み込まれる。また、増加する軍用のために、レーダードーム３４は、縮小されたレーダ断面積のレーダードーム(a reduced Radar Cross Section radome)であってもよい。一例を挙げれば、米国特許第６６３９５６７号に述べられているレーダードームのような低レーダー断面積のレーダードームが利用されてもよく、この米国特許第６６３９５６７号は、参照することによりそっくりそのまま本願明細書に組み込まれる。加えて、レーダードームは、米国特許出願第１０／６２０８８８号に述べられているような継ぎ目(seam)を含んでもよく、上記米国特許出願第１０／６２０８８８号は、参照することによりそっくりそのまま本願明細書に組み込まれる。
【００５５】
本発明の拡張可能な円柱浮標海上通信システムは、特定のセンサー或いはシステムまたは通信システムに従った追加のサブシステムを備えてもよく、これらと共に使用される。上記の例では、使用されるセンサーがアンテナである場合、円柱浮標３２は、代表的には通信サブシステム３３を備え、これは、図７Ａおよび７Ｂのアンテナ位置調整サブシステムを備えてもよい。円柱浮標３２上のアンテナ位置調整サブシステム４００は、膨らませることのような展開のための展開制御サブシステム４０２と、アンテナ３６と、例えばレーダードーム３４を備えてもよい。アンテナ３６の位置決めと向き調整のための台座位置調整サブシステム４０４が備えられてもよい。ＧＢＳ衛星からの通信を追尾し、そして円柱浮標３２の運動を補償するために、例えば閉ループ制御が使用されてもよい。アンテナ位置調整サブシステム４００は、また、閉ループ制御ロジックに姿勢基準(attitude reference)を提供するための姿勢基準ユニット４０６を備えてもよい。大量生産される市販のアンテナ位置調整システムが使用されてもよい。波浪階級によって引き起こされる運動は、加速度計４０７によって検出されて補償される。一端獲得されると、受信された通信データは、ＫａバンドからＬバンドへの周波数コンバータによってＫａバンドからＬバンドにダウンコンバートされ、そして、通信リンク３８を介して、図８の水中船４０にある船内の電子サブシステム４０８に転送されることができる。図７Ａの低ノイズブロック(low noise block; LNB)プリアンプ４０９とダウンコンバータ４１１もまた備えられてもよい。アンテナで、ダウンコンバータ４１１は衛星信号を中間周波（ＩＦ）信号にダウンコンバートする。このデジタル信号は、ＩＦライン出力４０３に送出される。送信アンプ４２０とアップコンバータ４１９は、ＲＦへのＩＦアップコンバート機能と、４５ＧＨｚまでの周波数の送信機能を提供し、種々の衛星に対する通信を含む。上述のように、このような海上通信について、本発明の通信サブシステムにおける使用のためには、高利得の反射アンテナが好ましい。
【００５６】
本発明の拡張可能な円柱浮標は、図７Ｃの電子サブシステム４０８にリンクされてもよく、それは、アンテナ３６の位置を検出し、そしてそれは、図１に示されるように、衛星２０を追尾するための追尾アンテナ制御サブシステム４１０を備えてもよい。例えば潜水艦の船内のラップトップコンピュータまたは他のコンピュータを使用するオペレータ４１２は、アンテナ位置調整サブシステム４００を通じてアンテナ３６の位置を制御することができる。統合受信デコーダ(integrated receiver decoder; IRD)４１４は、ＬＮＢプリアンプ４０９からのＩＦ信号をビデオデータまたは他のデータに変換する。例えば、ＩＲＤ４１４は、海岸行動区域(Ashore Operating Area; AOR)の共通の行動画像のような、高解像度で持続的な情報(persistent intelligence)、監視偵察画像４１６をオペレータに提供してもよい。ダイプレクサー(diplexer)４１７は、送信および受信ＩＦ信号の両方をＩＦ信号コンダクター４２１に結び付けることを可能にする。データは、衛星または他の受信器に対する送信のために、通信サブシステム３３に水中船から伝送されてもよい。このデータは、例えばラップトップコンピュータまたはコンピュータを経由して、オペレータ４１２から到来してもよい。変調器４１８は、衛星に送信されるべきデータをＩＦ信号に変換し、このＩＦ信号は、ＲＦ信号にアップコンバートされてアンプ４２０によって増幅される。本発明は、種々のセンサー及びサブシステムと共に利用されることができるが、依然として、コンパクト性、効率、およびステルス性を提供することが分かる。
【００５７】
図８の通信リンク３８は、拡張可能な円柱浮標３２と最終的な送信先または情報或いはデータ送信元との間のリンクを提供する。示されているように、送信先または送信元は水中船４０である。例えば、衛星２０から受信されたデータ及び情報、またはアンテナの位置を制御するためのオペレータコマンド、および上述の送信データは、通信リンク３８を通じて交換されてもよい。通信リンク３８は、好ましくは自由漂流する光ファイバーを使用した光ファイバー通信であり、広く知られたアコースティックダウンリンクおよび直接的光伝送よりも優れている。アコースティックダウンリンクは、約１０キロメータの範囲に対して約１Ｋｂｐｓの帯域制限のため、満足できるものではない。海を通る直接的光伝送は、数１００メータに制限され、潜水艦のような水中船と円柱浮標３２との間が近くに接近していることを必要とし、潜在的にステルス性と有用性を譲歩させる。
【００５８】
センサーとしてのアンテナの例では、通信リンク３８は、円柱浮標３２、レーダードーム３４、アンテナ３６が展開された後に、水中船４０とアンテナ３６との間の接続を確立させる。一例として挙げれば、図８の通信リンク３８は光ファイバー２２０である。円柱浮標３２上の光ファイバーのためのスプール２２２は、図４及び図５のケーブルパック８４に備えられる。図８の水中船は、また、代表的には、水中船４０から送出される光ファイバーのためのスプール２２４を備える。光ファイバー２２０は、（図３Ａ−３Ｅに示されるように）円柱浮標３２の展開および上昇中にスプール２２２および２２４のそれぞれから、または一つのスプールから海面５４に送出されることができる。光ファイバー２２０は、スプール２２４から送出されて水中船４０の動きに適応し、そして光ファイバー２２０は、スプール２２２から送出され、浮上して風と現在のずれ(shear)で漂流するにつれて、局所的な水塊(water mass)に対する相対的な浮標の漂流に適応する。現在知られている幾つかのシステムとは対照的に、光ファイバー２２０は、円柱浮標３２を適所に保持または曳航するためには使用されない。また、光ファイバー２２０の上記２方向の送出は、曳航力を更に減少させる。従って、水中船４０の位置を危険にさらす任意の航跡の発生のみならず、光ファイバー２２０に対するストレスが最小化される。光ファイバー２２０は、光ファイバーマイクロケーブル(fiber optic microcable; FOMC)または低コストのバッファリングされたファイバー(low cost buffered fiber; LCBF)を含んでも良い。これらの商業的に利用可能な光ファイバーは、距離によって必要となるリピーターを用いることなく高データレートを支援し、それらは、継ぎ合わされ巻き取られることができ、そしてそれらは、比較的短い使用時間である故に海の環境からの特別な保護およびコーティングを必要としない。
【００５９】
一構成において、光ファイバー２２０の一端または両端は、スプール２２２および２２４から送出されるときに光ファイバー２２０を保護するための可撓管(flex tube)２３０を含む。可撓管２３０は、磨耗から光ファイバー２２０を保護し、その相対剛性(relative rigidity)により、光ファイバー２２０が水中船４０のプロペラに巻き込まれることを防ぐ。所望の用途によって光ファイバー２２０の長さが変わってもよいことは当業者であれば理解できるが、代表的には、３ノットの速度で水中船が進み、見積もられる送出時間が約９時間である場合、その長さは少なくとも５０キロメートルであろう。
【００６０】
拡張可能な円柱浮標海上通信システムを備えた水中船との間の海上通信を確立するための方法を説明する。水中船との間の衛星通信を確立するための図９の一つの方法４５０は、展開前には収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する拡張可能な円柱浮標を前記水中船から展開するステップであって、前記円柱浮標が、前記円柱浮標の上部に取り付けられて支持された通信サブシステムを備え、該通信サブシステムが、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記拡張可能な円柱浮標が展開された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するステップ（４６０）と、前記通信サブシステムを展開するステップ（４７０）と、前記通信サブシステムによって受信されたデータを前記水中船に伝送すると共に衛星または他の受信器に対する通信のために通信サブシステムに前記水中船からのデータを伝送するステップ（４８０）とを含む。
【００６１】
水中船との間の海上通信を確立するための図１０の別の方法５００は、展開前には収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する拡張可能な円柱浮標を水中船から展開するステップであって、前記拡張可能な円柱浮標が、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が拡張された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されたときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームとを備えたステップ（５０４）と、前記レーダードームを拡張するステップ（５０４）と、前記アンテナを拡張するステップ（５０６）と、前記アンテナによって受信されたデータを前記水中船に伝送すると共に衛星または他の受信器に対する伝送のために通信サブシステムに前記水中船からのデータを伝送するステップ（５０８）を含む。
【００６２】
本発明は、水中船との間の海上通信を確立するための図１１の方法６００を更に特徴とし、該方法は、テレスコーピング部を備え、且つ、展開前には収縮構造を有すると共に展開後には拡張構造を有する拡張可能な円柱浮標を水中船から展開するステップであって、前記拡張可能な円柱浮標が、前記円柱浮標が収容され初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記円柱浮標が拡張された後には前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するアンテナと、前記円柱浮標が収容されて初期に展開されるときにはコンパクト構造を有すると共に前記アンテナが拡張されるときには前記アンテナの近くであって前記円柱浮標の上部に拡張構造を有するレーダードームとを備えたステップ（６０２）を含む。該方法は、更に、前記レーダードームを拡張すると共に前記アンテナを拡張するステップ（６０４）と、データを送信し受信するために前記アンテナを位置決めするステップ（６０６）と、前記アンテナによって受信された前記データを前記水中船に伝送すると共に衛星または他の受信器に対する伝送のために通信サブシステムに前記水中船からのデータを伝送するステップ（６０８）とを含む。
【００６３】
本発明の拡張可能な円柱浮標海上通信システムは、外洋の状況において安定的なプラットフォームとして機能し、効率的な海上通信のために風および波の状態からアンテナシステムのような取り付け又は統合されたセンサーを切り離す効率的にパッケージングされた拡張可能な円柱浮標を備える。また、通信リンクは、少し離れたところにある水中船から円柱浮標が使用されることを可能にし、従って水中船がステルス性および速度を維持することを可能にする。本発明は、既存の格納(stowage)および発射機構と互換性を有する。また、本発明は、本明細書で述べたような他の使用のみならず、例えば、代表的には送信を支援するための選択されたＬＰＩ(Low Probability of Intercept)を使用する非対称双方向通信（受信と同等の送信）と同様のSATCOM又はＬＯＳ(Line-of-Sight)の受信のような海上通信を支援するために使用されてもよい。
【００６４】
本発明特有の特徴は、或る図面に示され、他の図面には示されていないが、これは、説明の便宜のために過ぎず、各特徴は、本発明による他の特徴の全てまたは何れかと組み合わされてもよい。本明細書で用いられている用語“備える(including)”、“備える(comprising)”、“有する(having)”、“有する(with)”は、広義に且つ包括的に解釈されべきであり、如何なる物理的相互接続にも限定されない。更に、本願において開示された如何なる実施形態も、唯一可能な実施形態として理解すべきではない。他の実施形態が当業者に想起されるが、それは添付の本願特許請求の範囲に含まれる。
【００６５】
加えて、本発明についての特許出願の手続きの過程で提出される補正は、本願において提示された請求項の如何なる要素も否定するものではなく、当業者が、全ての可能性のある均等物を文字通りに包含する請求項を正当に起草するとは思えず、多くの均等物は、補正時には予測不可能であり、何が放棄されるべきかの公正な解釈を超えており（どちらかと言えば）、補正の基礎をなす論拠は、多くの均等物に対して正接の関係を負うに過ぎず、及び／又は、本願が添付の任意の請求項の構成要素についての実体のない代用品を記述するとは思えない多くの他の理由が存在する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】代表的な海軍の沿岸行動戦域を示す図である。
【図２】水中船に接続された本発明による拡張可能な円柱浮標海上通信システムを示す図である。
【図３Ａ】本発明による拡張可能な円柱浮標の展開のシーケンスを示す図である。
【図３Ｂ】本発明による拡張可能な円柱浮標の展開のシーケンスを示す図である。
【図３Ｃ】本発明による拡張可能な円柱浮標の展開のシーケンスを示す図である。
【図３Ｄ】本発明による拡張可能な円柱浮標の展開のシーケンスを示す図である。
【図３Ｅ】本発明による拡張可能な円柱浮標の展開のシーケンスを示す図である。
【図４】拡張構造における図２の拡張可能な円柱浮標の詳細を示す図である。
【図５】収縮構造における図２の拡張可能な円柱浮標の詳細を示す図である。
【図６】本発明による通信システムの詳細を示す図であり、展開された構造におけるアンテナとレーダドームの両方を示す図である。
【図７Ａ】本発明で使用されるアンテナ位置調整サブシステムおよび電子サブシステムのような種々のシステムの一構成を示す図である。
【図７Ｂ】本発明で使用されるアンテナ位置調整サブシステムおよび電子サブシステムのような種々のシステムの一構成を示す図である。
【図７Ｃ】本発明で使用されるアンテナ位置調整サブシステムおよび電子サブシステムのような種々のシステムの一構成を示す図である。
【図８】図２に示された水中線と拡張可能な円柱浮標との間の通信リンクの詳細を示す図である。
【図９】本発明による例えば潜水艦などの水中船との海上通信を確立する方法に関連する主要なステップを示すフローチャートである。
【図１０】本発明による例えば潜水艦などの水中船との海上通信を確立する他の方法に関連する主要なステップを示すフローチャートである。
【図１１】本発明による例えば潜水艦などの水中船との海上通信を確立する更なる方法に関連する主要なステップを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１２  海軍航空活動(Naval Aviation)
１４  海上の海軍(surface Navy)
１６  水中船（潜水艦）
２０  衛星ＧＢＳ(satellite Global Broadcast System)
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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