一種基于衛(wèi)星的對潛激光通信研究

夏融

【摘 要】分析了藍(lán)綠激光在潛艇上使用的優(yōu)缺點(diǎn)與部分關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)對潛通信特點(diǎn)提出了一種混合利用現(xiàn)有通信手段與激光通信的組網(wǎng)方式。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星激光通信；對潛通信

【Abstract】This paper analyzes the advantages and disadvantages of the use of blue - green laser in the submarine and some key technologies. Based on the characteristics of latent communication， this paper proposes a network of using existing communication means and laser communication.

【Key words】Satellite laser communication； Submarine communication

0 引言

潛艇具有隱蔽性好、打擊能力強(qiáng)、連續(xù)持航時間長的特點(diǎn)，是大國二次核打擊的中堅(jiān)力量。但受限其特殊的工作環(huán)境，信息傳輸困難，與其他平臺的溝通能力弱。潛艇在較為安全的水下進(jìn)行通信時，主要依賴甚低頻（VLF：3～30 kHz），通信速率極度受限，僅為幾十bps；如需進(jìn)行較高速率的業(yè)務(wù)時，則需浮出水面進(jìn)行無線通信，潛艇的隱蔽性則會大大降低；同時隨著新形勢的發(fā)展，潛艇平臺的傳統(tǒng)通信手段難以滿足不斷增加的大容量數(shù)據(jù)傳輸需求。

1 激光通信特點(diǎn)

激光通信擁有傳統(tǒng)衛(wèi)星通信手段不可比擬的通信速率上的優(yōu)勢，通過仿真[1]，可以實(shí)現(xiàn)2.5Gbps的信息速率，遠(yuǎn)大于目前任意一種衛(wèi)星通信所支持的速率。從1963年證實(shí)了藍(lán)綠激光對海水的投射性以來，美國、前蘇聯(lián)、英國等研究表明均開展了相關(guān)的研究，這些波長為420nm-540nm的特定藍(lán)綠光，在一定功率條件下，在海水中的穿透能力可以達(dá)到600m，使用該通信手段時，潛艇無需浮出水面，在水下數(shù)百米即可完成高速的業(yè)務(wù)通信，美軍在20世紀(jì)80 年代的多次試驗(yàn)表明，通過搭載藍(lán)綠激光發(fā)射器的飛機(jī)在數(shù)千米高空，對水下300m深的潛艇實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)通信是可行的。激光通信還具有極強(qiáng)的方向性，僅在極窄的波束范圍內(nèi)可以被探測到信號，相比其他形式的無線電通信，天然具有良好的通信隱蔽性。

2 對潛通信典型架構(gòu)

我國在對潛激光通信的研究開始得相對較晚，目前主要從事單元技術(shù)、系統(tǒng)理論、計(jì)算機(jī)仿真以及藍(lán)綠激光水下傳輸實(shí)驗(yàn)等方面的研究。一個典型的藍(lán)綠激光對潛通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。首先由信道將待發(fā)送信號編碼，轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的電脈沖信號，再由激光發(fā)射器去調(diào)制激光載波，使被發(fā)射的激光信號參數(shù)（如相位、頻率等）隨信號的變化而變化，隨后，發(fā)射天線將攜帶信息的光載波發(fā)向接收端，接收的過程則為發(fā)射的逆過程。

圖1 接收發(fā)射過程

通過上圖可以看到，傳輸過程主要包括發(fā)射機(jī)、海水大氣信道、接收天線組成，目前主要技術(shù)難點(diǎn)包括：針對激光傳輸?shù)暮Ｋ?大氣信道模型建立、激光光源的設(shè)計(jì)、調(diào)制解調(diào)及編解碼的優(yōu)化選擇等，這些關(guān)鍵技術(shù)均已開展了相關(guān)技術(shù)研究[2]。同時還應(yīng)注意到在使用中，發(fā)射天線和接收天線距離遠(yuǎn)，且激光的波束寬度小，極窄的波束寬度要求的對星精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有系統(tǒng)，對高速度、高精度的對準(zhǔn)裝置提出了新的要求，特別初始對星時的信號捕獲較為困難，為了降低激光通信的復(fù)雜度，滿足更便捷的組網(wǎng)使用，系統(tǒng)架構(gòu)可采用混合頻段的通信組網(wǎng)形式[3]。

3 一種典型組網(wǎng)示例

3.1 組網(wǎng)形式

一個對潛激光通信通信組網(wǎng)示例如下。

圖2 潛艇通信組網(wǎng)示意圖

通信包括三個過程：1、潛艇通過浮標(biāo)等形式的通信手段，以傳統(tǒng)中低頻段衛(wèi)星與岸基站取得聯(lián)系，建立低速鏈接，將當(dāng)前位置信息等告知岸基（此時為降低位置潛艇暴露可采用擴(kuò)頻、跳頻等隱蔽通信手段）。2、岸基站通知可覆蓋潛艇位置的激光通信衛(wèi)星進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，衛(wèi)星完成衛(wèi)星波束的移動、功率調(diào)整等操作，進(jìn)入到等待潛艇高速回傳的狀態(tài)，岸基站同時通知潛艇激光衛(wèi)星鏈路已備妥。3、潛艇站收回浮標(biāo)，停止傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù)，在水下通過APT裝置以掃描的形式搜索衛(wèi)星，確定衛(wèi)星位置后，即建立鏈路后，進(jìn)入高速數(shù)據(jù)回傳狀態(tài)[4]。

3.2 組網(wǎng)特點(diǎn)

通過該形式，可充分利用現(xiàn)有技術(shù)條件及激光通信的特點(diǎn)：通過傳統(tǒng)衛(wèi)星通信手段，利用中低頻段衛(wèi)星通信對星簡便、技術(shù)成熟度高的優(yōu)點(diǎn)，潛艇可通知岸基站預(yù)先調(diào)整激光衛(wèi)星，將本次高速通信前的先驗(yàn)信息，以極短的報(bào)文傳送至岸基，再由岸基推送至激光通信衛(wèi)星，激光衛(wèi)星調(diào)整波束位置來降低潛艇對星過程所花費(fèi)的時間，也可同時調(diào)整波束大?。泄β剩┨岣咝l(wèi)星鏈路的系統(tǒng)余量，提高通信的可靠性。

4 結(jié)語

在實(shí)際通信中應(yīng)用激光通信這類新技術(shù)，如前所述，還存在諸多關(guān)鍵技術(shù)有待攻克。但其作為未來對潛通信發(fā)展的趨勢，盡早、更多的開展相關(guān)工程化研究，有助于可更好的完善我國天基通信系統(tǒng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王天亮，葉暉，胡永勤.衛(wèi)星對潛激光通信激光光源研究[J].中國空間科學(xué)學(xué)會2013年空間光學(xué)與機(jī)電技術(shù)研討會，2013.

[2]譚立英，吳世臣*，韓琦琦，馬晶.潛望鏡式衛(wèi)星光通信終端的CCD粗跟蹤[J].光學(xué)精密工程，2012，（2）.

[3]徐濤，溫東，姜波，陳曉露. 基于主動取報(bào)方式的藍(lán)綠激光星潛通信研究[J].無線光通信，2016，（11）.

[4]李曉峰. 星地激光通信鏈路原理與技術(shù)[M]. 北京： 國防工業(yè)出版社，2007.