未來潛艇協同作戰信息連通技術發展研究＊

龔 純

（中國艦船研究設計中心 武漢 430064）

1 引言

21世紀是信息的世紀，以信息技術為核心的各種高新技術都以前所未有的強勁勢頭迅猛發展，掀起了新一輪的全球軍事革命。高技術條件下的局部戰爭是海、陸、空、天、電五位一體的戰爭，其特點是立體化、多層次、全方位。潛艇作為海軍的主要兵力，以其獨特的水下隱蔽性和突擊力強、機動范圍廣的特點在近百年的戰爭史中創造了赫赫戰績，因而備受世界瀕海國家的重視。在協同作戰中潛艇執行任務和使命越來越依賴穩固、安全和快速傳輸數據的通信系統，然而信息連通技術仍然是戰略通信系統中的薄弱環節，在信息化越來越受到軍方和軍事裝備從業人員重視的今天，有必要對協同作戰中潛艇信息連通技術作一番探究。

2 潛艇通信

潛艇通信又稱為水下通信，是各國戰略通信系統的重要組成部分［1］。在過去的幾十年里，潛艇通信取得了長足的進步，但由于電磁波在水下通信中受到限制，潛艇通信仍然是戰略通信系統中的薄弱環節。隨著相關學科的飛速發展，一些新的適于潛艇通信的技術開始涌現，有些新的通信方式已經進入軍事應用領域，并極大地提高了潛艇隱蔽性能和作戰性能。目前國內外潛艇通信主要包括以下幾個方面：

1）岸潛通信

岸潛通信包含岸對潛和潛對岸雙向的信息交互。岸對潛的通信聯絡主要是用于從岸基指揮所到水下潛艇之間的信息交換，這類通信聯絡由ELF／VLF／LF和艦隊衛星通信系統提供；潛艇對岸基臺站的通信是為了支持潛艇到岸上指揮節點間信息交換而建立的，通常使用短波和衛星通信手段，并且均需采用突發方式。

2）艦潛通信

艦潛通信包含艦對潛和潛對艦雙向信息交互。艦艇對潛艇的通信聯絡，主要是為支持戰斗群中的某一艦艇與直接支援戰斗群作戰的潛艇間的信息交換，較常使用潛艇數據鏈。因其基本上在近程線路上進行，所以可采用HF／VHF／UHF無線電路和衛星通信；潛艇對艦艇的通信聯絡通常使用近程通信線路，支援潛艇到戰斗群中某一艦艇間的信息交換，主要使用HF／VHF／UHF無線通信線路以及衛星通信。

3）潛空通信

潛空通信包含飛機對潛艇和潛艇對飛機雙向信息交互。飛機對潛艇的通信聯絡，主要是為艦載機與直接支援戰斗群作戰的潛艇之間提供信息交換，以確保其間的戰術協同；潛艇對飛機的通信聯絡是為戰斗群中的直接支援潛艇與艦載戰斗巡邏機和觀察監視飛機間提供信息交換，使用HF／VHF／UHF近程、低截獲概率的通信線路。

4）潛潛通信

潛艇對潛艇的通信聯絡，是通過HF／VHF／UHF無線電線路、衛星通信和聲學電話直接為兩艘潛艇之間提供信息交換線路。

5）浮標通信

通信浮標是潛艇水下發信的唯一手段，存在實時性差，反饋不及時、成本高等特點，由于具有暴露性，因此一般只在應急狀態下使用。

3 潛艇通信的局限性

盡管潛艇通信方式多樣，其工作模式還存在單向、定時、低速等局限性，具體體現在以下幾個方面：

1）岸發潛收

當潛艇處于潛航狀態時，岸指以甚長波／長波／短波發信，潛艇必須從工作深度上浮到危險深度或潛望深度才能收信；但裝備了拖曳天線的潛艇則不必上浮，只須降低航速，使拖曳天線上浮到海面或接近海面，通過拖曳天線收信。

出于安全的考慮，不允許潛艇在危險深度久留（但在危險深度可收信），還因為只有在低速航行時拖曳天線才能浮到海面接收信號，即潛艇的收信是有條件的，是在戰術機動受到限制的條件下進行的。因此，這種通信只能在事先約定的時間內通信。

2）潛發岸收

潛艇向岸指發信時，潛艇須上浮到潛望深度，將天線伸至海面以上才能發信，為了減少因電磁輻射而被敵方探測、定位、截獲的機會，必須采用隨機的瞬發通信，通信完畢隨即下潛回到工作深度。

3）衛星通信

潛艇上浮到潛望深度，將天線伸至海面以上，可通過衛星中繼與陸、空、水面進行微波雙向通信，通信完畢隨即下潛回到工作深度，但衛星通信容易受到敵方的攻擊而導致無法使用。

4）戰術數據鏈

潛艇也可以利用數據鏈與友軍交換戰術數據。但由于通信鏈路的限制，其工作效率很低，有時為了增加作用距離，在一定條件下還需要采用一次性無人機充當中繼。

由此可見，潛艇通信還存在單向、定時、低速的局限性，現階段技術水平難以滿足未來信息化協同作戰條件下與其他海軍平臺、艇外傳感器、衛星和其他系統連通和傳輸的需求，將大大降低潛艇作為網絡中心戰節點之一的作戰效能。

4 協同作戰信息連通技術

潛艇是各國海軍作戰的重要兵力，擔負著保衛海上戰略通道安全、破壞敵海上交通線和進行核反擊的重任。如何對潛艇實施準確無誤、快速隱蔽及抗截獲性強的指揮通信，始終是世界各國海軍研究的重要課題。岸上指揮所對水下潛航狀態的潛艇通信，到目前為止大多數國家均采用長波通信手段、這種通信方式主要是利用長波穿透海水能力強的特點，甚低頻通信狀態下可穿透海水20m～30m，即潛艇在水下20m～30m處可接收報文，但傳輸速率低。潛艇對岸上指揮所及周圍兵力群的通信，到目前為止主要依靠短波通信和衛星通信，但工作時艇上的天線必須露出水面，顯然對自身是一次暴露，從而直接對艇的安全性和隱蔽性構成威脅，暴露的時間越長受到的威脅越大。鑒于潛艇在未來戰爭中的重要作用，大多數國家都有其更多更安全的通信手段［2～3］。

結合潛艇的現有技術，提出以下幾種在協同作戰中可行的信息連通技術［4～5］。

4.1 水聲通信技術

與常用的電磁波和光波相比較，聲波在海水中衰減小得多，因此水聲是一種有效的水下通信手段。但是，由于水聲信道是一個十分復雜的多徑傳輸通道，且環境噪聲高、帶寬窄、可適用的載波頻率低以及傳輸時延大，為了克服這些不利因素，近幾年已經出現多種水聲通信技術。

1）多載波調制技術

目前應用于水聲通信的多載波調制技術即為正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術，該技術是一種特殊的多載波高速調制傳輸方式，它利用載波間正交性進一步提高頻譜利用率，可以抗窄帶干擾和多徑衰弱［6］。

2）多輸入多輸出技術（MIMO）

多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術是無線移動通信領域的重大突破，原理即是通過在發送端和接收端安裝多個天線實現多發多收，在不需要增加頻譜資源和天線發送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量。

4.2 水下光通信技術

海水對藍綠光的衰減比對其他波段光的衰減要小很多，它利用海水對藍綠激光的低損耗區間實現飛機（或衛星）對水下約300m深度的潛艇通信，藍綠激光對潛艇通信的優點就是穿透海水能力強，可實現與下潛300m深度的潛艇進行隱蔽通信，且不受電磁及核輻射的影響，方向性好，能夠避免敵方的偵察；另外，藍綠激光通信速率高，速率傳輸能力強，不受天氣、環境和氣象條件的影響［7］。

目前藍綠激光對潛通信的一些關鍵技術已經解決，其中美國在該領域起步較早，至今，已經成功進行了六次海上大型藍綠激光對潛通信試驗，證實了藍綠激光通信能在幾乎全天候氣象和各種海洋條件下的高速數據傳輸［8］，已逐漸形成比較明朗的衛星—潛艇激光通信發展方向。

4.3 量子通信技術

量子通信是通信技術與量子物理學相融合形成的一門新興學科，是通信技術上的又一次劃時代的革命，具有廣闊的應用前景。該技術利用量子效應的優勢，在保證通信絕對安全的前提下，追求更遠的通信距離、更高的通信效率，實現高性能的新型通信系統。

近幾年包括美國、英國、法國、德國等國家都在開展量子信息的實驗室研究工作，美國白宮和五角大樓更是安裝了量子通信系統，并已投入使用。

國內在光纖量子通信方面已經取得了一批具有國際先進水平的科研成果，整體發展水平居于世界前列，2012年，中國科技大學的研究小組在實驗室實現了超過100km的量子隱形傳態［9］。

由于量子通信在保密性、通信容量、通信距離等方面都具有十分明顯的優勢，因此利用該技術可構筑高速、大容量的通信網絡，實現高清晰度圖像等大容量超高數據的保密傳輸，也是未來協同作戰信息連通技術發展的重要方向［10］。

4.4 衛星激光通信技術

衛星激光通信是一項嶄新的衛星通信體制，相對于現有的衛星技術而言，具有以下技術特點和優勢：

1）相同的通信性能指標條件下，具有更小的物理尺寸和較低的功耗；

2）具備更大的通信容量，相對于微波衛星通信，通信容量高3～5個數量級，是未來衛星移動通信網絡的星地鏈路的理想形式；

3）工作波長更短，可以有效避免頻率擁堵問題和設備相互間的頻率干擾問題，且頻率資源使用不受限制；

4）隱蔽通信和抗干擾能力更強；

5）作用距離更遠，是未來深空高速數據傳輸的理想技術手段。

5 信息連通能力需求分析

5.1 協同作戰信息需求

隨著先進的探測設備，精確制導武器的使用、作戰對象反潛能力不斷提升，潛艇作戰面臨的威脅日益增大。并且受戰場環境、自身戰術性能以及特殊工作模式的限制，潛艇信息獲取能力十分有限，難以及時掌握戰場的態勢。為了獲取相應的作戰信息（包含遠程目指信息），實現對遠距離目標實施精確打擊，必須依賴隱蔽、及時、可靠的通信能力及手段。

5.2 信息連通能力需求

信息化條件下，不再是單一兵力單打獨斗，而是采取海、陸、空諸兵種聯合作戰，所以需要兵力之間更加緊密的協同，充分發揮各平臺綜合作戰能力，因此，具備隱蔽、可靠、迅速的信息連通能力勢必是未來協同作戰的重要保障。

1）雙向通信能力

潛艇具有隱蔽性好，突擊力強以及自給力強等其他平臺無可匹敵的優點，為了有效發揮潛艇的作戰效能，潛艇不僅需要具備水下及時準確獲取作戰信息的能力，還需要能夠向其他作戰平臺發送收集到的戰場態勢信息，緊急報告、求救和必要應答命令信息的能力。

2）遠距離、高速率通信能力

隨著當前信息化條件下海戰對寬帶業務的需求日益增長，潛艇通信系統信息化要求越來越高，要求具有更遠的傳輸距離、更高的傳輸速率、更高的傳輸可靠性、更強的業務能力和抗干擾能力，因此必須具備安全可靠的遠距離、高速率的通信能力，滿足當前海軍戰略由“近海防御”向“近海防御與遠海防衛”轉型要求。

3）大深度下的水下隱蔽通信能力

潛艇的最大特點是隱蔽性，受制于拖纜及浮體自身技術條件，目前潛艇尚不具備大深度下的水下雙向通信信能力，對于潛艇來說，其隱蔽的優勢無法得到充分發揮。因此，大深度水下隱蔽通信技術必將成為未來協同作戰潛艇信息連通能力需求發展的重要方向之一。

6 結語

從目前看，單獨的潛艇通信技術和手段已不能滿足潛艇對通信能力的要求，往往需要綜合多種技術和手段，信息連通技術對未來戰爭的成敗發揮著至關重要的作用。因此，作為協同作戰網絡節點之一的潛艇與其他節點之間信息互通必須保持高效、迅速、通暢。21世紀是海洋的世紀，人類對海洋的開發利用和關注達到前所未有的高度，圍繞海洋的各種通信技術也會層出不窮，可以預言，在不久的將來，水下信息連通技術一定可以達到一個新的高度。

［1］夏維華，王一路.潛艇通信系統綜述［J］.計算機與網絡，2002（9）：55－57.

［2］譚顯裕.潛艇通信現狀和激光通信的作用及前景［J］.現代防御技術，1993（3）：25－29.

［3］劉維國.外國現代艦艇通信技術應用現狀［J］.艦船電子工程，2001，21（4）：43－46.

［4］宋明玉，周敏，等.CEC技術及其在水下防御領域中的應用［J］.船舶論證參考，2004（3）：13－16.

［5］陳康，羅雪山，羅愛民.CEC條件下的艦艇編隊防空問題［J］.火控與指揮控制，2006，31（4）.

［6］孫小東，于全，王紅星，等.OFDM技術及系統仿真設計［J］.系統仿真學報，2004，16（3）：499－503.

［7］江月明.對潛艇通信系統及其發展探討［J］.中國雷達，2003，33（9）：51－52.

［8］及燕麗，王友付，沈其聰.現代通信系統［M］.北京：電子工業出版社，2000.

［9］JUAN Yin，REN Jigang，HE Lu，et al.Quantum Teleportation and Entanglement Distribution Over 100－Kilometre Free－Space Channels［J］.Nature，2012（488）：185－188.

［10］GISIN N，THEW R T.Quantum Communication Technology［J］.Electronics Letters，2010，46（U20）：965.