水下通信技術(shù)

朱琳

摘要：無論是從國防角度，還是從科學(xué)研究角度，海洋都是非常重要的開拓對象。如今，對于水下通信技術(shù)的要求越來越高。文中，主要就對當(dāng)前的水下通信技術(shù)進(jìn)行了介紹，希望為未來水下通信技術(shù)的發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：水下通信技術(shù);海洋;無線通信技術(shù)

一：背景及意義

在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，竊聽水底的空管聽聲器，潛艇越來越顯示出它們的威懾力。但潛艇也面臨一個大問題：如何在水下有效溝通。水下通信技術(shù)的不斷完善，使?jié)撍Ш驮谒鹿ぷ鞯娜藛T能夠更好的和天空中的飛機(jī)，陸地上指揮部乃至衛(wèi)星取得聯(lián)系，同時也加強(qiáng)了國防的建設(shè)力量，便于人們對水下的世界有更好的認(rèn)知。

二：成果及優(yōu)缺點(diǎn)

（1）AT&T公司1988年安裝了第一個越洋光纖通信系統(tǒng)在大西洋，將英國，法國與美國連接起來。到1991年，敷設(shè)了第二代越洋光纖通信系統(tǒng)，其降低了光纖損耗且提高了接收機(jī)的靈敏度。1994年，安裝了第三代水下光纖通信系統(tǒng)其使水下傳輸距離加大。

（2）無線電波在海水中傳播，消耗大量能量，傳播距離短。且不能滿足遠(yuǎn)距離水下組網(wǎng)的要求，只能實(shí)現(xiàn)短距離的高速通信。

（3）水下激光通信需要線性準(zhǔn)直傳輸，通信距離短，水的清晰度會影響通信質(zhì)量，制約了其在水下網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。因此，它適用于近距離、高速的數(shù)據(jù)傳輸。

（4）在水下工作時，合理使用無線通信技術(shù)，不僅可以降低工作的生產(chǎn)成本，還可以通過無線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水下環(huán)境監(jiān)測功能。然而，由于一些延遲，信息可能無法及時傳輸，水下無線通信需要大量的資金和資源。

（5）從1970年代到1980年代中期，美國完成了技術(shù)方案和設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要求水下藍(lán)色和綠色激光通信，隨后完成概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，證明了藍(lán)色和綠色激光可以交流通常在嚴(yán)酷的條件下如渾濁的海水。第一次是在1981年，論證了在圣迭戈海上空建立空對地遠(yuǎn)距離通信鏈路的可行性。第二次是在1985年，在加州圣迭戈附近，它證明了星地遠(yuǎn)距離通信鏈路是可行的。第三次是在1986年，將藍(lán)綠激光通信領(lǐng)域擴(kuò)展到極地地區(qū)。

（6）水下無線電磁波通信是以水為傳輸介質(zhì)，以不同頻率的電磁波為載體來傳輸語言、文字、數(shù)據(jù)、指令、圖像等信息的通信技術(shù)。但由于海水衰減作用強(qiáng)，主要用于小水深的長距離水下通信。

（7）水下無線光通信是一種利用藍(lán)綠色波長光進(jìn)行的水下無線光通信。信息承載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，高工作頻率的光波，大容量無線通信鏈路數(shù)據(jù)傳輸能力強(qiáng)、不受鹽度、溫度、電磁和海水的核輻射，強(qiáng)大的抗干擾、抗截獲、抗破壞能力，狹窄的波束寬度和良好的方向性的光波，從而有效地避免敵人的檢測。其缺點(diǎn)是光損耗大，容易干擾通信，方向性強(qiáng)，需要知道水下目標(biāo)的大致位置，以便向其發(fā)送信息。

（8） 1945年，美國研制出世界上第一套水聲通信系統(tǒng)。它是水下無線介質(zhì)和水下目標(biāo)間遠(yuǎn)距離通信的一種手段。其缺點(diǎn)是傳輸速率低、傳輸延遲長、可用帶寬有限、體積大、功耗高、成本高、易受環(huán)境干擾。

（9）水下中微子通信是利用中微子基石粒子攜帶信息進(jìn)行通信的一種傳輸技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)包括不易被發(fā)現(xiàn)、干擾、截獲和破壞;不污染環(huán)境;不受電磁干擾和核爆炸輻射影響;溝通能力大;良好的保密;強(qiáng)大的抗干擾能力。1984年，美國的一艘核潛艇在進(jìn)行水下全球潛水時使用了中微子通信，并確保了正常的接觸。缺點(diǎn)是很難探測到中微子;發(fā)射器上的加速器體積大，體型高;實(shí)際通信中需要的中微子數(shù)量較大，現(xiàn)有的質(zhì)子同步加速器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求;此外，用來控制中微子發(fā)射方向的偏導(dǎo)器也很大。

（10）引力波通信是利用引力波來傳遞信號的一種通信方式，但目前只有引力波的作用尚未被成功觀測到。另外，引力波相對較弱，探測和接收難度較大。

（11）水下量子通信處于剛起步階段，且現(xiàn)在的通信距離無法達(dá)到要求，面臨技術(shù)和設(shè)備上的困難。

（12）中長波水下通信優(yōu)勢：抗干擾能力強(qiáng);高通信頻率;低功耗;高安全系數(shù);但仍有數(shù)據(jù)靈敏度不高等不足。

（13）美國是最早開展水下長距離數(shù)字聲通信技術(shù)的國家。

（14）CSD技術(shù)：是為了解決潛艇高航速和大深度條件下的通信問題。最先提出對于CSD技術(shù)的要求的是以美國為首的西方軍事發(fā)達(dá)國。

（15）潛艇離舷通信技術(shù)是利用處于水面或近水面狀態(tài)的浮標(biāo)或天線等裝置實(shí)現(xiàn)水下潛艇通信，其特點(diǎn)是可以能夠更好的利用衛(wèi)星。

（16）在2000年5月，美國海軍通過與無線電通信相結(jié)合的水聲通信和水下網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成了歷史上第一次在潛航狀態(tài)下潛艇發(fā)送文件的演示實(shí)驗(yàn)。

（17）長波通信其好處為可靠性高;受晝夜，季節(jié)，氣候條件影響較小;而且可以使用的波長很長，穿透海水的能力強(qiáng)是其最主要的特點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是造價高;容量小;傳輸效率低。

（18）水下激光PPM系統(tǒng)同步技術(shù)的功率和帶寬利用率較高，可以有效控制海水的高衰減作用。

（19）對于水下導(dǎo)航，引導(dǎo)定位，探測，蛙人水下語音通信技術(shù)起到了重要的作用。對于水下語音通信技術(shù)的研究，國外相對較早，主要采取的方式是單邊帶調(diào)制，但其缺點(diǎn)是蛙人講話時產(chǎn)生的聲音會影響到接收語音的清晰程度。

（20）水下無線磁感應(yīng)通信技術(shù)可以在水下環(huán)境中進(jìn)行無線信息的傳輸，磁場信號的水下介質(zhì)穿透能力很好。在水下環(huán)境中無線磁感應(yīng)通信具有穩(wěn)定的信道狀態(tài)，其原因是因?yàn)樵谒聜鬏斀橘|(zhì)的磁導(dǎo)率幾乎一致。且其通信的可靠性較好。

三：綜合

綜合以上研究發(fā)現(xiàn)，水下通信系統(tǒng)在水下作業(yè)，海洋監(jiān)測，水下勘測等領(lǐng)域的應(yīng)用，推進(jìn)了我國各個方面的發(fā)展，且數(shù)據(jù)通信，水下控制，協(xié)同作戰(zhàn)的配合，以及圖像傳輸都離不開水下通信。但在水下傳輸速率，傳輸距離，傳輸帶寬等方面，還有改進(jìn)的余地。另外，水下通信設(shè)備的數(shù)量需要進(jìn)一步減少，工作深度和器件的作用距離還需要提高。相信在未來，水下通信技術(shù)的工作距離將越來越深，造價將越來越廉價，使水下通信變成性價比較高的方式。

參考文獻(xiàn)

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