潛艇通信現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

張水仙++劉秀龍

摘要：隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展，世界各國越來越重視潛艇通信能力的建設(shè)。為了滿足信息化條件下對(duì)潛艇通信的要求，我們?cè)诎l(fā)展?jié)撏КF(xiàn)有通信手段同時(shí)，還必須加快藍(lán)綠激光、中微子等新興潛艇通信技術(shù)的發(fā)展。本文分析了長波、浮標(biāo)、衛(wèi)星等潛艇通信手段的現(xiàn)狀，研究了潛艇通信的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：潛艇通信；長波；藍(lán)綠激光；中微子

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）08-0006-02

隨著海軍戰(zhàn)略任務(wù)的調(diào)整和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，潛艇通信手段得到了迅速發(fā)展。除長波、浮標(biāo)、衛(wèi)星通信外，藍(lán)綠激光等一些新興的通信手段也被專門用于潛艇通信，甚至目前看似在工程實(shí)現(xiàn)上還很遙遠(yuǎn)的通信技術(shù)，如中微子、量子通信等也在進(jìn)行理論探討、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用階段。

1 潛艇通信現(xiàn)狀

目前潛艇通信手段主要分為無線電通信和水聲通信。長波、浮標(biāo)、衛(wèi)星等屬于無線電通信方式，也是各國使用和發(fā)展的基本通信方式；水聲通信可以實(shí)現(xiàn)潛艇深海遠(yuǎn)距離通信，是一種相當(dāng)具有發(fā)展前景的通信方式。

1.1 長波通信

長波通信包括超低頻和甚低頻等頻段，是一種低頻段工作的無線電波。冷戰(zhàn)美蘇對(duì)峙時(shí)期，不僅使世界海軍對(duì)潛艇，特別是核潛艇的戰(zhàn)略地位進(jìn)行了審視，更加突出了對(duì)潛艇通信“隱蔽、實(shí)時(shí)、完備、穩(wěn)定”的緊迫需求。隨著美蘇制衡的深入和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，美蘇不斷使用潛艇通信專用頻段對(duì)超低頻、甚低頻通信技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和建設(shè)，使超長波和甚長波成為對(duì)潛通信中最基本的技術(shù)手段。長波是利用地球表面與電離層之間的“波導(dǎo)”傳播信息，其最主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)遠(yuǎn)距離潛艇進(jìn)行水下通信，隱蔽性強(qiáng)。長波通信傳播受晝夜、季節(jié)、氣候、電離層等影響較小，不受核爆炸影響，信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定，可靠性高。缺點(diǎn)是通信頻帶很窄、傳輸速率極低，通常只能用于發(fā)送短報(bào)文或通知收?qǐng)?bào)用的“振鈴”[1]。發(fā)信設(shè)備龐大，潛艇只能在約定時(shí)間進(jìn)行單向收信，通信實(shí)時(shí)性較差。

1.2 浮標(biāo)通信

浮標(biāo)通信是以浮標(biāo)作為潛艇通信的中轉(zhuǎn)站，可以滿足潛艇在水下保持航行狀態(tài)的同時(shí)與岸基指揮所進(jìn)行通信，是目前較為成熟的新型對(duì)潛通信方式。為了使?jié)撏П３制渖顫撐恢貌⒛軌蜻M(jìn)入海上作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，美英合作研制了一種用于潛艇的雙向通信浮標(biāo)，稱為可重復(fù)使用的光纖系留浮標(biāo)（RTOF）[2]。通信時(shí)，浮標(biāo)浮在海面上，通過一條極長的光纖與潛艇連接，利用衛(wèi)星與岸基指揮所或水面空中平臺(tái)進(jìn)行高帶寬通信，從而使?jié)撏С蔀樽鲬?zhàn)網(wǎng)絡(luò)中的一員。

1.3 衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信是把衛(wèi)星作為中繼站，接收地面（潛艇）發(fā)送的信號(hào)，再轉(zhuǎn)發(fā)到潛艇（地面）。衛(wèi)星通信覆蓋范圍廣，通信距離遠(yuǎn)，通信頻帶寬，通信容量大，能傳送多語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)，是冷戰(zhàn)后美國等軍事發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)發(fā)展的潛艇通信技術(shù)之一[3]。到2009年為止，美國所有核潛艇都加裝了衛(wèi)星通信天線和終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)潛大范圍、遠(yuǎn)距離、高數(shù)據(jù)率、低截獲的雙向通信。美國目前已擁有大量商用通信衛(wèi)星資源，并研究如何利用該資源滿足潛艇通信需求。

1.4 水聲通信

水聲技術(shù)誕生于上世紀(jì)中葉，和其他信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)相同，水聲技術(shù)經(jīng)歷了從最初的模擬通信階段到現(xiàn)今的數(shù)字通信過程，主要利用音頻或者超音頻機(jī)械波在水中傳遞信息。研究表明，在海下600—2000m之間有一條聲道，聲波在這一聲道內(nèi)傳輸距離達(dá)數(shù)千公里[4]。水聲信道與無線電信道相比，是一個(gè)十分復(fù)雜的多徑傳輸通道，信號(hào)在海水中傳播，受頻率、海水鹽度、溫度、密度等影響造成損耗，利用難度較大。因此，將水聲通信技術(shù)用于對(duì)潛通信，需要把水聲通信與無線電通信相結(jié)合，并且對(duì)相干水聲通信、多載波調(diào)制技術(shù)和多輸入多輸出技術(shù)等進(jìn)行重點(diǎn)研究，以實(shí)現(xiàn)未來潛艇在近千米深度的遠(yuǎn)距離通信要求。

2 潛艇通信的發(fā)展需求及趨勢(shì)

2.1 極長波通信

潛艇通信能力應(yīng)該以潛艇的最大潛深為前提，而目前潛艇大深度通信是科研項(xiàng)目中一大難題，水深100米以下，潛艇通信已經(jīng)不具備能力。極長波對(duì)潛通信可達(dá)400米，能穿透海面上結(jié)的厚冰層，是一種單向、大深度、安全性高的通信系統(tǒng)[5]。

2.2 光纖系留浮標(biāo)

各類通信浮標(biāo)的都有自己的優(yōu)勢(shì)，適合不同的場合和時(shí)機(jī)，單獨(dú)發(fā)展某一種通信浮標(biāo)就能解決所有問題是不可能的，因此潛艇通信浮標(biāo)多樣化是未來潛艇通信浮標(biāo)發(fā)展的必然趨勢(shì)，從目前潛艇通信的隱蔽性角度看，應(yīng)下大力度發(fā)展小型化、適裝性好、對(duì)潛艇機(jī)動(dòng)性影響較小的系留浮標(biāo)，采用相關(guān)技術(shù)減小對(duì)潛艇機(jī)動(dòng)性影響。

2.3 衛(wèi)星通信

隨著海軍戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變，遂行多樣化軍事任務(wù)逐漸增多，潛艇對(duì)于衛(wèi)星通信的依賴程度逐步增大。在增加通信衛(wèi)星數(shù)量和通信覆蓋范圍基礎(chǔ)上，研究衛(wèi)星通信的抗干擾手段，使?jié)撏г诖笊疃葪l件下具備視頻、數(shù)據(jù)、話音、傳真等各項(xiàng)功能，讓指揮所全時(shí)看到潛艇，及時(shí)掌握戰(zhàn)時(shí)情況，隨時(shí)下達(dá)各項(xiàng)命令[6]。

2.4 藍(lán)綠激光通信

現(xiàn)在潛艇以無線通信為主，無線通信又以無線電波通信為主，隱蔽性和可靠性受限。藍(lán)綠激光由于通信頻帶寬、方向性好、抗干擾抗截獲能力強(qiáng)，避免了敵方的測(cè)向、偵察和監(jiān)視，并且在水下400米深度也能夠進(jìn)行通信，將藍(lán)綠激光用于對(duì)潛通信可極大提高潛艇的機(jī)動(dòng)性和隱蔽性。但藍(lán)綠激光通信對(duì)發(fā)射系統(tǒng)工作環(huán)境要求較高，戰(zhàn)時(shí)裝置有激光器的飛機(jī)、衛(wèi)星被擊毀，藍(lán)綠激光也不復(fù)存在。而藍(lán)綠激光對(duì)潛通信能夠有效的解決潛艇通信與潛艇隱蔽的矛盾，適應(yīng)未來信息化條件下高技術(shù)局部戰(zhàn)爭的需求，是對(duì)潛通信技術(shù)研究的一個(gè)方向[7]。

2.5 中微子及量子通信

中微子通信滿足潛艇機(jī)動(dòng)性、可靠性、隱蔽性等需求，能夠很好的完善潛艇通信系統(tǒng)，但中微子不帶電，實(shí)際中很難檢測(cè)到，發(fā)射器體積太大，造價(jià)非常昂貴，而且要發(fā)射的中微子數(shù)量極其龐大，現(xiàn)有質(zhì)子同步加速器遠(yuǎn)不能滿足要求。雖然中微子通信現(xiàn)在還處于實(shí)驗(yàn)階段，一旦投入使用，將是一種最理想的水下通信手段。

ITT Exelis公司試驗(yàn)證明，利用自由空間量子進(jìn)行距離為144 公里的通信是可行的，該技術(shù)還可以使?jié)撏г谒鲁^100m深處進(jìn)行安全通信，速率達(dá)每秒170K 比特，可以非常容易地處理復(fù)雜數(shù)據(jù)。量子通信具有高速、超大容量和高效率的特點(diǎn)，是目前唯一在理論上被證明具備無條件安全性的通信方式[8]。

2017年5月3日，中國科技大學(xué)潘建偉研究團(tuán)隊(duì)利用量子相干疊加原理，構(gòu)建了世界上第一臺(tái)光量子計(jì)算機(jī)。中國量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星項(xiàng)目科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師彭承志實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)將微小的量子變成通信密鑰，使量子通信從實(shí)驗(yàn)室走向太空，從理論基礎(chǔ)走向?qū)嶋H應(yīng)用。在科研人員的努力下，我國對(duì)量子通信的研究有了進(jìn)一步的突破，量子通信技術(shù)應(yīng)用于海軍遠(yuǎn)程安全通信也指日可待。

3 結(jié)語

與先進(jìn)國家相比，我國在對(duì)潛通信技術(shù)要落后一些，有些技術(shù)的研究工作還未開展。潛艇作為海戰(zhàn)中重要的作戰(zhàn)平臺(tái)，在戰(zhàn)爭中起著不可替代的作用，因此要加快發(fā)展大深度、高數(shù)據(jù)率、保密性好的通信技術(shù)，在改進(jìn)現(xiàn)有的長波、浮標(biāo)、衛(wèi)星等潛艇通信的同時(shí)，要探索更加安全、高效的藍(lán)綠激光，乃至中微子、量等通信新技術(shù)，更好滿足信息化條件下潛艇的作戰(zhàn)需求。

參考文獻(xiàn)

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