水下通信技術(shù)及其難點(diǎn)*

韓 東 ，賀 寅 ，陳立軍 ，李 利

（1.海軍大連艦艇學(xué)院 信息系統(tǒng)系，遼寧 大連 116018；2.中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所，北京 100190；3.中國(guó)人民解放軍92682 部隊(duì)，廣東 湛江 524002）

1 概述

當(dāng)前，戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)已經(jīng)全面進(jìn)入信息化時(shí)代，掌握制信息權(quán)是保證戰(zhàn)爭(zhēng)獲勝的必要條件，從制定作戰(zhàn)策略、作戰(zhàn)行動(dòng)指揮，到武器裝備控制中的所有軍事力量，均離不開信息獲取、傳輸、處理。這其中，通信作為信息化的中樞神經(jīng)，對(duì)各作戰(zhàn)力量最大效能發(fā)揮起到了關(guān)鍵作用，是作戰(zhàn)制勝的根本保證。

海洋與人類生活息息相關(guān)，緊密相連。海洋面積占地球總面積的71%，各民族和國(guó)家都把海洋作為發(fā)展的空間，除了蘊(yùn)含豐富的資源外，遼闊的海洋還是交通的通道、防御外敵入侵的天然屏障。在陸軍、海軍、空軍、戰(zhàn)略支援部隊(duì)等作戰(zhàn)力量中，海軍與海洋的關(guān)系最為密切，直接涉及海上國(guó)土安全。以潛艇、蛙人、魚雷、水雷等為主的兵力和武器裝備，構(gòu)成了現(xiàn)代海軍的主要水下作戰(zhàn)力量。以潛標(biāo)、浮標(biāo)、無人潛航器（UUV）、水下滑翔機(jī)等為主的探測(cè)偵查設(shè)備構(gòu)成了水下信息傳輸保障力量。這些作戰(zhàn)力量和保障力量是水下作戰(zhàn)的關(guān)鍵要素，水下通信問題就是要在這些裝備、設(shè)備之間，或者與岸基、天基、空基指揮機(jī)構(gòu)間構(gòu)建通信鏈路，實(shí)現(xiàn)有效的信息傳輸。

2 水下通信所涉及的裝備和設(shè)備

2.1 潛艇及其通信需求

自第一次世界大戰(zhàn)后，潛艇得到廣泛運(yùn)用，在海戰(zhàn)場(chǎng)上，潛艇作為重要的軍事力量，發(fā)揮了不可替代的作用，可以執(zhí)行對(duì)敵攻擊、近岸保護(hù)、突破封鎖、偵察巡邏等作戰(zhàn)任務(wù)。由于工業(yè)水平的提升，使得潛艇的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、螺旋槳噪聲和水動(dòng)力噪聲等逐年下降，這些潛艇的自噪聲是影響和制約潛艇隱身性能的重要因素。隨著自噪聲的降低，潛艇逐漸淹沒于海洋環(huán)境噪聲中，使得潛艇難以被發(fā)現(xiàn)，其威懾能力也進(jìn)一步加大。

潛艇作為重要的武裝力量，不論是戰(zhàn)略核潛艇，還是常規(guī)潛艇，在其執(zhí)行任務(wù)過程中，都需要其他作戰(zhàn)單元和各級(jí)指揮機(jī)構(gòu)之間保持信息傳遞。但是，潛艇的隱蔽性是其戰(zhàn)斗力發(fā)揮的重要保證，通信時(shí)，必須確保潛艇自身的安全。目前，潛艇常用的通信手段有長(zhǎng)波通信、短波通信、超短波通信、微波通信、水聲通信等。

2.2 蛙人

蛙人是擔(dān)負(fù)著水下偵察、爆破和執(zhí)行特殊作戰(zhàn)任務(wù)的部隊(duì)。戰(zhàn)史證明，蛙人能夠?qū)撤降呐灤瑯?gòu)成巨大威脅。二戰(zhàn)期間，意大利和英國(guó)利用蛙人部隊(duì)攻擊對(duì)方戰(zhàn)艦。越戰(zhàn)期間，越南蛙人部隊(duì)也使美戰(zhàn)艦遭受過多次打擊。蛙人在水下執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，通常以水聲通信手段與母船或基地保持通信聯(lián)絡(luò)。

2.3 水雷

水雷具有戰(zhàn)斗威力大、隱蔽性好、布設(shè)簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)，是封鎖港口或航道，對(duì)敵實(shí)施隱蔽攻擊較為理想的水下武器。傳統(tǒng)的水雷引信主要包括觸發(fā)引信、壓力引信、聲引信、磁引信，這些被動(dòng)性引信在敵方目標(biāo)觸發(fā)水雷或航行至引信的作用范圍才能引爆，引信的非智能性使水雷的作戰(zhàn)效果受到一定的制約，同時(shí)也會(huì)對(duì)己方艦船構(gòu)成一定的威脅，存在誤觸發(fā)的隱患。為了提高水雷的主動(dòng)性和可控性，通過有線通信、水聲通信或者無線通信與有線通信結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)指揮平臺(tái)對(duì)水雷的精確控制，從而避免誤傷己方艦船、潛艇，同時(shí)增加對(duì)敵方目標(biāo)的攻擊能力。

瑞士研制的風(fēng)暴遙控水雷，通過無線電波和水聲遙控方式控制水雷的啟動(dòng)，并通過信號(hào)控制水雷的航行和對(duì)目標(biāo)攻擊。丹麥研發(fā)的線控水雷，可以通過電纜控制水雷的保險(xiǎn)啟動(dòng)、保險(xiǎn)解除、引爆、自控狀態(tài)。日本海軍研制的聲納浮標(biāo)水雷，是結(jié)合了沉底水雷和浮標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)，利用浮標(biāo)收發(fā)無線電信號(hào)，再通過有線電纜，將浮標(biāo)收到的控制信號(hào)發(fā)送至水雷，使水雷受控動(dòng)作。

2.4 線導(dǎo)魚雷

線導(dǎo)魚雷通常屬于大型魚雷，被多國(guó)海軍潛艇使用，發(fā)射臺(tái)通過導(dǎo)線傳輸指令控制魚雷制導(dǎo)。早期的線導(dǎo)魚雷使用金屬導(dǎo)線，可采用單股導(dǎo)線加海水作為完整回路的方式，也可采用雙股導(dǎo)線的方式。金屬導(dǎo)線占用魚雷體積大，現(xiàn)多被光纖所代替，傳輸?shù)男畔⑺俾室泊蠓岣?。線導(dǎo)魚雷發(fā)射后，魚雷通過導(dǎo)線向發(fā)射臺(tái)傳回自身的狀態(tài)、位置、目標(biāo)的方位、距離等信息，發(fā)射臺(tái)根據(jù)魚雷返回的信息發(fā)出遙控指令操縱魚雷攻擊目標(biāo)。線導(dǎo)魚雷的主要特點(diǎn)是由于導(dǎo)線傳輸指令，可以同時(shí)通過魚雷傳感器和平臺(tái)傳感器進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別，具有捕捉目標(biāo)的概率高、發(fā)射迅速、抗干擾能力強(qiáng)、攻擊效果好、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)。從二次大戰(zhàn)中德國(guó)研制的“云雀”魚雷，到上世紀(jì)80年代美國(guó)研制的第四代魚雷MK-48 型魚雷，其制導(dǎo)能力逐步加強(qiáng)、摧毀目標(biāo)的威力也逐步增大。線導(dǎo)魚雷需要在發(fā)射平臺(tái)和魚雷上加裝線導(dǎo)設(shè)備，在一定程度上影響了魚雷的運(yùn)動(dòng)和平臺(tái)的機(jī)動(dòng)能力。

2.5 潛標(biāo)

潛標(biāo)也被稱為水下浮標(biāo)系統(tǒng)，是一種系泊于海洋水面以下的海洋探測(cè)系統(tǒng)，可用于監(jiān)測(cè)水下溫度、鹽度、海流、噪聲等海洋環(huán)境要素。它能在惡劣的環(huán)境下收集水下情報(bào)，具有觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、隱蔽、測(cè)量不易受海面氣象條件影響的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事、海洋科學(xué)研究、海洋開發(fā)等領(lǐng)域。

潛標(biāo)通常安裝有通信設(shè)備，如水聲通信機(jī)或無線電通信機(jī)，裝配的電池能夠保證潛標(biāo)可以長(zhǎng)期潛伏于海底。水聲通信設(shè)備可以與潛艇、無人潛航器等設(shè)備通信。當(dāng)潛標(biāo)布放于外海，在水下探測(cè)到重點(diǎn)威脅目標(biāo)后，可以通過上浮或釋放無線電通信設(shè)備的方式，利用微波衛(wèi)星通信手段，或短波手段與地面指揮機(jī)構(gòu)建立通信鏈路，從而實(shí)現(xiàn)威脅目標(biāo)信息的回傳。

2.6 無人潛航器

無人潛航器在軍事上能夠用于搜救、情報(bào)搜集、監(jiān)視和偵察任務(wù)。大型無人潛航器有足夠空間攜帶武器，可執(zhí)行對(duì)目標(biāo)攻擊、海上拒止、海洋封鎖等任務(wù)。無人潛航器的智能化是其重要的發(fā)展趨勢(shì)，它的作戰(zhàn)能力與推進(jìn)技術(shù)、傳感器和信號(hào)處理技術(shù)、通信和導(dǎo)航技術(shù)、攻防作戰(zhàn)技術(shù)和人工干涉技術(shù)息息相關(guān)。無人潛航器分為遙控型和自主型兩類，這其中遙控型又可分為有線遙控型和無線遙控型兩種。有線遙控型無人潛航器，采用線纜將其與控制平臺(tái)相連，通過有線信號(hào)控制其運(yùn)動(dòng)并回傳信息。無線遙控型通常通過水聲通信的方式實(shí)時(shí)操控。而自主型無人潛航器運(yùn)行過程中與母船、岸、島等平臺(tái)的距離較遠(yuǎn)，通常是在規(guī)定時(shí)間或探測(cè)到重要情報(bào)后上浮至海面，通過短波通信或衛(wèi)星通信方式回傳信息。

3 水下通信技術(shù)

目前，水下通信技術(shù)主要包括水下有線通信、水聲通信、水下激光通信、水下無線電通信。這些技術(shù)手段在實(shí)施與水下作戰(zhàn)力量的通信時(shí)，有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。各類通信技術(shù)，具有各自的適用范圍，需要結(jié)合具體的海洋環(huán)境條件和作戰(zhàn)使用條件進(jìn)行選擇。

3.1 有線通信

水下有線通信方式，適合于平臺(tái)和岸基、島基距離較近范圍內(nèi)的通信?，F(xiàn)有的水下有線通信方式，已基本由原始的電纜通信向新型的光纜通信轉(zhuǎn)變。在有線通信方式中，比較典型的應(yīng)用場(chǎng)景是連接各國(guó)的海底光纜系統(tǒng)。通過海底光纜實(shí)現(xiàn)沿海國(guó)家的信息聯(lián)通，再由陸地光纜，實(shí)現(xiàn)世界范圍的互聯(lián)互通。

除海底光纜外，遙控型水下無人潛航器通常由電纜或光纜與母船或岸上平臺(tái)相連，既可以通過線纜傳輸電力，又可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸。遙控型無人潛器的線纜通常都能承受一定的拉力，在潛器出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過線纜將其拽出，從而提高其安全性。

在水下武器中，線導(dǎo)魚雷是一個(gè)比較典型的有線通信應(yīng)用裝備。線導(dǎo)魚雷通過金屬電纜或光纖將魚雷與潛艇連接，從而可以由潛艇控制線導(dǎo)魚雷對(duì)目標(biāo)的攻擊。先發(fā)制人是其較大優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也能保證魚雷在開啟主動(dòng)搜索聲納時(shí)，避免出現(xiàn)誤傷己方的情況。

3.2 水聲通信

水下信息傳輸由于受海水的影響，絕大多數(shù)的無線電波都被屏蔽。使得水聲作為最適宜的能量傳輸形態(tài)，聲波能量在水下傳播過程中衰減的衰減與電磁波相比小很多，在水下探測(cè)、通信領(lǐng)域具有十分重要的地位[1-3]。所有的軍用潛艇中，均配備有各型聲納裝備。既包含探測(cè)水聲信號(hào)的主動(dòng)、被動(dòng)聲納，也包括用于通信的通信聲納。而其他如潛標(biāo)、浮標(biāo)等裝置，通常也有聲探測(cè)傳感器。采用水聲通信的優(yōu)點(diǎn)是不受海水深度的限制，水下聲源以球面波或柱面波方式擴(kuò)展，向遠(yuǎn)處傳輸。這就使得潛艇或者其他類型水下裝備、設(shè)備在接收水聲信號(hào)時(shí)，可以不必上浮至海面，避免了被敵方偵查到。但是，采用這種通信方式，也存在一定的問題。通常水下武器裝備、設(shè)備的位置是需要保密的，尤其是潛艇裝備，隱蔽性是其第一要求。除非確定安全，否則潛艇不會(huì)主動(dòng)采用水聲通信方式向外發(fā)送信息。

3.3 無線電通信

無線電波在自由空間環(huán)境中，受到了噪聲干擾較少，且衰減十分有限。使得以無線電波是路上平臺(tái)、空中平臺(tái)、海上平臺(tái)之間的主要通信手段[7-9]。由于無線電波包含多種頻率，如超低頻、甚低頻、低頻、中頻、高頻、超高頻、甚高頻等，海水對(duì)無線電波有非常強(qiáng)的屏蔽作用，無線電波穿透海水的能力與頻率直接相關(guān)。頻率越低，海水對(duì)電磁波的吸收和衰減越小，因此穿透海水的能力越強(qiáng)。

對(duì)于潛艇通信而言，當(dāng)潛艇位于水下時(shí)，超低頻、甚低頻無線電通信是其主要通信手段，潛艇可以保持在水下航行狀態(tài)，通過釋放通信天線接收岸上指揮機(jī)構(gòu)的信息。而短波、超短波、微波衛(wèi)星通信是輔助手段，選擇這些通信頻率及相應(yīng)的裝備時(shí)，潛艇必須是水面航行狀態(tài)或潛望狀態(tài)，即要求將通信天線暴露于空氣之中，避免海水對(duì)無線電波的吸收和衰減作用，這就不可避免地增加了潛艇暴露的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于其他水下通信設(shè)備，如潛標(biāo)、浮標(biāo)、水下無人潛航器等，可以上浮至水面，通過短波通信、超短波通信、衛(wèi)星通信等方式與空中、陸上、艦船平臺(tái)等進(jìn)行通信。

3.4 光通信

通過光的方式實(shí)現(xiàn)直接對(duì)水下目標(biāo)的通信，有兩種途徑。第一種途徑，是直接采用海水吸收弱的激光，藍(lán)綠激光在海水中穿透能力強(qiáng)，相對(duì)其他顏色激光被海水吸收更小。因此，將藍(lán)綠激光作為光源，利用直升機(jī)、無人機(jī)、飛機(jī)、衛(wèi)星作為載體，實(shí)施對(duì)潛艇或其他水下裝備、設(shè)備的通信。利用藍(lán)綠激光通信，激光入水深度與海洋的清澈程度有關(guān)。藍(lán)綠激光在遠(yuǎn)海區(qū)域比近岸區(qū)域的透射深度更大，具有更大的通信深度和更低通信誤碼率。

第二種途徑，是采用激光致聲通信[4-6]。當(dāng)激光能量足夠強(qiáng)，照射水面時(shí)，會(huì)使水面產(chǎn)生膨脹或氣化效應(yīng)，從而使激光的光能轉(zhuǎn)化為聲能。采用該技術(shù)對(duì)水下目標(biāo)通信，可以將激光器置放于飛機(jī)或衛(wèi)星上，指揮中心通過無線電波與激光器所在平臺(tái)建立數(shù)據(jù)鏈接，激光器以二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控的方式控制激光脈沖，激光照射水下目標(biāo)所在區(qū)域的水面激發(fā)聲波，水下目標(biāo)通過聲納設(shè)備接收聲波，從而實(shí)現(xiàn)指揮中心與水下目標(biāo)的信息傳輸。

4 水下通信的難點(diǎn)

水下通信所涉及的范圍既包含岸基指揮機(jī)構(gòu)和水下裝備之間的通信，又包含海面、空中平臺(tái)和水下裝備之間的通信。同時(shí)，水下裝備之間的通信也屬于水下通信范疇。相對(duì)于陸上通信而言，海水是水下通信面臨的天然屏障。無線電波適宜在自由空間（真空或大氣）中傳播，這是因?yàn)樽杂煽臻g為無線電波提供了適宜于電磁波傳輸?shù)男诺?。而海水?duì)無線電波具有較強(qiáng)的吸收和衰減作用，海水信道不利于無線電波傳輸。正是這個(gè)原因，使得水下通信比陸上通信更難以實(shí)現(xiàn)，必須采用適宜于水下傳輸?shù)氖侄?。目前，水下通信的難點(diǎn)總結(jié)起來主要有：

4.1 遠(yuǎn)距離通信

水下航行器通常需要在大洋中執(zhí)行特定任務(wù)，一旦航行器距離海岸線之間的距離超出了一定范圍，想要建立岸上指揮機(jī)構(gòu)和水下航行器之間的通信鏈路就顯得尤為困難。我們以潛艇為例，說明這一問題。潛艇是在水下遂行作戰(zhàn)任務(wù)的海軍兵器。它有較大的自給力、續(xù)航力和作戰(zhàn)半徑，具有隱蔽性好，生存力強(qiáng)，突擊威力大等特點(diǎn)。它可遠(yuǎn)離基地，深入大洋和敵方海區(qū)進(jìn)行獨(dú)立作戰(zhàn)。但是潛艇自身的防護(hù)能力較差，潛艇戰(zhàn)斗力的發(fā)揮主要依賴于自身的隱蔽性。潛艇的隱蔽性就是潛艇的生命力，而潛艇通信特別是無線電發(fā)信，易被敵方電子偵察兵力探測(cè)和定位。隨著現(xiàn)代無線電通信無源定位技術(shù)的發(fā)展，來自敵方的這種威脅更為突出。為保持潛艇作戰(zhàn)行動(dòng)的隱蔽性，潛艇通信必須采取必要的技術(shù)和手段。早在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)潛艇為了對(duì)抗同盟國(guó)的無線電偵察，已通過縮短發(fā)信時(shí)間來降低無線電電波被敵方偵聽、截獲的概率。目前，潛艇通信還依然沿用這種手段，此外，現(xiàn)代潛艇通信還采用擴(kuò)頻通信、衛(wèi)星通信等多種技術(shù)和手段提高潛艇通信的隱蔽性，降低潛艇因通信造成暴露的可能。

當(dāng)潛艇遠(yuǎn)航執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)，通常距離岸基發(fā)信臺(tái)之間的距離達(dá)數(shù)千甚至上萬公里，這個(gè)距離不僅對(duì)岸基的發(fā)信和潛艇的收信帶來了較大的挑戰(zhàn)，同時(shí)對(duì)潛艇發(fā)信也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。潛艇可用的通信手段主要包括：超長(zhǎng)波（超低頻）通信、甚長(zhǎng)波（甚低頻）通信、短波通信、超短波通信、微波通信、水聲通信。

采用超長(zhǎng)波、甚長(zhǎng)波通信時(shí)，潛艇需要提前釋放拖曳式通信天線，潛艇保持在某個(gè)航行深度，在特定方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。超長(zhǎng)波天線通常有數(shù)十公里到數(shù)百公里的長(zhǎng)度，通信距離能達(dá)到8000 至10000 公里，但是超長(zhǎng)波通信的天線通常采用線天線、雙線天線或十字天線，這些天線都有一定的方向性，即便其最遠(yuǎn)通信距離已能夠達(dá)到地球半周長(zhǎng)的程度，但當(dāng)潛艇處于天線輻射盲區(qū)時(shí)，也不能夠?qū)崿F(xiàn)有效的對(duì)潛通信。甚長(zhǎng)波通信距離通常小于2000 公里，適宜于潛艇活動(dòng)在與岸基發(fā)信臺(tái)較近范圍情況下的通信。

當(dāng)使用短波、超短波、衛(wèi)星通信手段時(shí)，潛艇必須要上浮，至少使通信天線露出水面才能夠通信。這種使用方式，不論通信時(shí)長(zhǎng)多低，都不可避免地存在使?jié)撏П┞兜娘L(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)使用水聲通信手段時(shí)，在近岸、島嶼設(shè)置水下聲通信發(fā)送裝置，或者以艦艇作為中轉(zhuǎn)平臺(tái)，通過艦艇上的水聲通信裝備發(fā)送聲信號(hào)對(duì)潛艇通信，水下潛艇被動(dòng)接收通信信號(hào)時(shí)，可以不受水下接收深度的限制，但這種方式也存在較大的不足。首先，近岸、島嶼或者艦艇的水聲通信裝置不能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的通信區(qū)域覆蓋，不足以實(shí)現(xiàn)數(shù)百至數(shù)千公里的遠(yuǎn)距離通信的需求。其次，潛艇為了隱蔽，通常只收不發(fā)，使得這種通信實(shí)質(zhì)上僅能使用單工方式，潛艇是否收到了岸基的指揮信息不得而知，只有潛艇反饋相應(yīng)的收?qǐng)?bào)信息才能確認(rèn)，而潛艇通常不會(huì)采用水聲通信方式反饋收?qǐng)?bào)情況。

4.2 大深度通信

海洋一般分為四層。第一層是照光層，深度是200 米以內(nèi)。第二層是弱光層，深度是200-1000 米。第三層是深海層，深度1000-6000 米。第四層是深淵層，深度6000-11000 米及以下。水下航行器通常的使用深度位于照光層和弱光層，做科學(xué)研究的深潛器使用深度可達(dá)深淵層。

如何在水下航行器航行于大深度時(shí)，依舊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)它的通信，這是一個(gè)非常困難的問題。通常，深潛器下潛過程中，有輔助船只配合，船只通過電纜和光纜供電和通信，這是采用有線通信的方式。由于船只通常位于深潛器的正上方，船只與深潛器的直線距離與作業(yè)海域的最大海深相當(dāng)，此時(shí)也可以采用水聲通信的方式，不需要考慮暴露深潛器位置的問題。如果是潛艇、UUV、水下滑翔機(jī)等水下航行器單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)，沒有輔助船只的配合，深入大洋之中，通過近程水聲通信或者有線通信的方式顯然不適合?；陔姶挪ǖ臒o線電通信手段，受海水屏蔽作用，穿透海水的深度有限。即便是使用超長(zhǎng)波（超低頻）的核潛艇，航行深度也通常限于150 米以內(nèi)。通信天線距離海面的距離更遠(yuǎn)小于這一深度。能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離條件下的大深度通信，雖然可以加長(zhǎng)通信天線，使?jié)撏а埠脚c正常作業(yè)深度時(shí)實(shí)現(xiàn)，但這一方式的前提是通信電纜的抗拉能力必須足夠，不會(huì)在使用過程中被拉斷。同時(shí)，潛艇上也要有預(yù)留足夠的空間保證不使用通信天線時(shí)，能夠收回天線。但并不是說，滿足了這些就足夠了。當(dāng)潛艇釋放通信天線后，潛艇必須以一個(gè)固定的航向和固定的航速行駛，這樣才能保證通信天線保持一個(gè)良好的形狀，避免天線在潛艇不規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí)與螺旋槳纏繞，通信天線所承受的拉力也可以保持均勻，但這對(duì)潛艇的機(jī)動(dòng)是不利的。通常情況下，在潛艇不收信時(shí)，是不會(huì)釋放通信天線的。不釋放通信天線，就不能接收岸上指揮機(jī)構(gòu)的信息。所以對(duì)于潛艇來說，它所能接收到的信息非常匱乏。

4.3 高速率通信

根據(jù)信息傳輸?shù)南戕r(nóng)定理，我們知道，在高斯白噪聲條件下，信道中信息傳輸?shù)淖畲笏俾室簿褪切诺廊萘俊Ｐ诺廊萘渴苄畔鬏數(shù)膸?、信?hào)發(fā)射功率、噪聲功率三個(gè)因素共同影響。通過香農(nóng)定理，很容易得出一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)論，即信息傳輸所使用的頻率越高，對(duì)應(yīng)的信息傳輸速率越大。對(duì)于潛艇而言，前面所說的超低頻、甚低頻通信，其通信頻率都非常低，自然其通信速率也非常低。在此通信速率下，對(duì)潛通信也只能傳輸一些指令性信息，不適用于傳輸圖像、視頻等。而在實(shí)際作戰(zhàn)時(shí)，潛艇也有掌握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的需求，復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)所對(duì)應(yīng)的信息量是巨大的?；诔皖l、甚低頻的對(duì)潛通信手段，并不能滿足這一需求。當(dāng)水下航行器采用水聲通信手段時(shí)，水聲通信設(shè)備可以提供大約數(shù)k bit/s 的通信速率。但這一通信方式的達(dá)成，是建立在收發(fā)雙方處于相對(duì)近程的基礎(chǔ)上。藍(lán)綠激光通信手段目前處于實(shí)驗(yàn)階段，這種手段的通信速率非常高，足以滿足語音、圖像，甚至視頻通信的需求。但是使用這種手段，必須要收發(fā)雙方都知道對(duì)方的準(zhǔn)確位置，而且水下航行器航行深度必須要小于200 米，否則激光也不能穿透海水。當(dāng)潛艇或者其他類型的水下航行器出航執(zhí)行任務(wù)，為了保密的要求，受航行器自身導(dǎo)航定位設(shè)備的限制，以及海流的制約，航行器在水下時(shí)，并不能準(zhǔn)確知道自身的位置。因此，采用藍(lán)綠激光的通信方式，面臨的問題不僅僅是技術(shù)方面的問題，還有使用方面的問題。

4.4 雙向通信

與水下航行器之間的通信，不僅僅局限于單向的信息傳輸，岸上的指揮中心需要實(shí)時(shí)掌握水下航行器的狀態(tài)和位置信息。因此，建立二者之間的雙向通信是非常必要的。但是，當(dāng)水下航行器位于水下一定深度，海水對(duì)電磁波具有天然的屏障作用，此時(shí)對(duì)于水下航行器而言，收發(fā)都存在較大的難度。即便是巡航能力和裝備配置齊全的潛艇，也僅能做到在一定深度的收信，而在巡航深度是不能實(shí)現(xiàn)無線電發(fā)信的。目前，水下航行器要想實(shí)現(xiàn)雙向通信，必須在航行器處于水面狀態(tài)或接近于水面的潛浮狀態(tài)，通過將天線伸出水面以上，利用短波、超短波、衛(wèi)星通信方式，實(shí)現(xiàn)從潛艇向岸上指揮中心的發(fā)信。此時(shí)，通信是雙向的。但是，水下航行器處于水下時(shí)，通常無法實(shí)現(xiàn)對(duì)岸通信。

4.5 隱蔽通信

不同的水下航行器，具有不同的通信密級(jí)。對(duì)于執(zhí)行一般科學(xué)環(huán)境研究考察的民用水下航行器，其通信內(nèi)容通常不涉密。但對(duì)于水下滑翔機(jī)、潛艇等裝備，其涉密程度高，通信內(nèi)容也應(yīng)嚴(yán)格保密。在岸基指揮機(jī)構(gòu)和這些裝備之間必須要實(shí)現(xiàn)信號(hào)級(jí)和信息級(jí)的保密，這就要求水下裝備收發(fā)信號(hào)應(yīng)嚴(yán)格保密，信號(hào)的內(nèi)容應(yīng)做加密處理。一旦信號(hào)收發(fā)泄露，敵方就可以通過多基陣交叉定位的方式，確定信號(hào)的發(fā)射位置，從而對(duì)己方潛艇等裝備構(gòu)成威脅[10]。

當(dāng)潛艇采用超長(zhǎng)波通信手段時(shí)，巡航深度大約在百米左右，通信天線在海水中懸浮，末端深度大致約十米左右。這時(shí)，通信天線在日間容易被敵方的偵查衛(wèi)星截獲。當(dāng)潛艇采用甚長(zhǎng)波通信手段時(shí)，巡航深度大約五十米左右，通信天線深度小于采用超長(zhǎng)波通信時(shí)天線的深度，因此，這時(shí)通信天線更容易暴露。不僅如此，由于潛艇深度不深，對(duì)于遠(yuǎn)海，在日光良好的情況下，極有可能被敵方衛(wèi)星觀察到。潛艇航行過程中會(huì)引起尾流，潛艇的尾流與艦艇尾流形狀不同，可以通過尾流的方式判斷是否為潛艇，潛艇航行深度越淺，尾流越明顯。

當(dāng)潛艇采用短波、超短波、微波通信時(shí)，潛艇必須上浮至少至潛望狀態(tài)，此時(shí)不論是白天還是晚上，被敵方偵查飛機(jī)、偵查衛(wèi)星、岸上偵查設(shè)備截獲的可能性都非常大，既存在無線電信號(hào)暴露的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也存在潛艇的視覺特征和紅外特征暴露的風(fēng)險(xiǎn)，所以這時(shí)的隱蔽性很難保障。

當(dāng)潛艇采用水聲通信手段時(shí)，保持潛艇隱蔽性這一問題就更為突出。通常潛艇為了隱蔽，并不主動(dòng)發(fā)射聲信號(hào)，而是會(huì)采取各種各樣的手段，盡量避免自身機(jī)械設(shè)備以及人員產(chǎn)生噪聲，從而保證在水下時(shí)，不被敵方的主動(dòng)聲納或被動(dòng)聲納檢測(cè)到。除非能夠確認(rèn)自身的安全性，否則不會(huì)使用這一手段。當(dāng)潛艇和艦艇、航母等構(gòu)成編隊(duì)出航，由于水面艦艇能夠保障水面以上的安全性，此時(shí)水聲通信手段才是可選的方式。

當(dāng)使用藍(lán)綠激光通信手段時(shí)，在白天，這種光源通過視覺很難發(fā)現(xiàn)，但是在夜晚，藍(lán)綠激光會(huì)從海面至天空，在收發(fā)兩端之間產(chǎn)生非常明顯的光柱，很顯然這種通信方式不可避免地會(huì)產(chǎn)生暴露水下航行器位置的問題。

4.6 實(shí)時(shí)通信

戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)瞬息萬變，對(duì)水下裝備的指揮控制需要靠實(shí)時(shí)的通信才能達(dá)成，時(shí)效性是通信必須滿足的基本要求。而這一要求對(duì)于水下通信而言，具有較大的難度。對(duì)于潛艇來說，當(dāng)潛艇出航執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，通常與岸上指揮機(jī)構(gòu)之間會(huì)約定收信的時(shí)間，以便提前釋放通信天線，在水下接收岸上指揮機(jī)構(gòu)的指令信息，除非必要，不會(huì)上浮回信。這種通信方式，決定了潛艇作為戰(zhàn)略性武器，考慮到隱蔽性和安全性，不能夠做到實(shí)時(shí)接收岸上指揮機(jī)構(gòu)的信息。岸上指揮機(jī)構(gòu)和潛艇能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)通信，基本上是潛艇處于潛望狀態(tài)或水面航行狀態(tài)，短波、超短波、衛(wèi)星通信等天線設(shè)備露出水面，可以依靠這些通信手段實(shí)現(xiàn)雙向?qū)崟r(shí)通信。當(dāng)采用水聲通信手段時(shí)，只能是潛艇通信設(shè)備和岸基、島基或船基水聲通信設(shè)備能同時(shí)相互覆蓋，才能實(shí)現(xiàn)雙向水聲通信，但此時(shí)潛艇位置有暴露的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)束語

本文全面梳理了水下通信所涉及的裝備、設(shè)備，以及水下通信的四種技術(shù)，即有線通信、水聲通信、無線電通信和光通信。從技術(shù)應(yīng)用層次出發(fā)，分析了依靠這些水下通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大深度、高速率、雙向、隱蔽、實(shí)時(shí)的難點(diǎn)。水下信息傳輸體系和水下探測(cè)體系的發(fā)展完善與水下通信技術(shù)息息相關(guān)，技術(shù)的進(jìn)步對(duì)于軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域的應(yīng)用起到重要的推動(dòng)作用。