對潛通信的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢＊

（海軍指揮學(xué)院信息戰(zhàn)研究系 南京 211800）

1 引言

潛艇作為重要的水下作戰(zhàn)平臺，具備極強(qiáng)的攻擊性和隱蔽性，能夠在數(shù)百米的深水中持續(xù)活動數(shù)月，作為戰(zhàn)斗以及反潛的主要力量，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中必不可少的武器。但是由于潛艇必須深潛水下，不能及時獲取戰(zhàn)爭情報態(tài)勢，因此必須靠通信來保障其水下作戰(zhàn)和其他戰(zhàn)術(shù)活動的指揮。

2 傳統(tǒng)的VLF／SLF對潛通信

由于海水中存在著一定的導(dǎo)電介質(zhì)，傳統(tǒng)的無線電波很難穿透海水進(jìn)行對潛通信，對潛艇的通信造成了一定的難度。現(xiàn)代各國普遍采用長波／超長波（VLF／SLF）對潛通信系統(tǒng)，VLF／SLF通信是一種位于低頻段工作的無線電波。VLF／SLF具有其特有優(yōu)點，它在海水中衰減較其他頻段電波小，能夠穿透海水進(jìn)行傳播，入水傳播深度可達(dá)到100m，傳播信道穩(wěn)定，基本達(dá)到了在深水中進(jìn)行對潛通信的要求［1］。VLF／SLF通信作為最主要的對潛通信方式，解決了對潛通信的基本問題，但VLF／SLF通信仍存在許多突出問題：1）抗毀能力差。低頻段電波波長較長，發(fā)射時需要龐大的發(fā)射天線或者超高的發(fā)射功率，使得發(fā)射設(shè)備極易受到敵方的打擊；2）傳輸頻帶窄。潛艇通過VLF／SLF 只能與岸基進(jìn)行單向通信，不能進(jìn)行雙向通信；3）隱蔽性差。水下傳輸速率低，潛艇主要還是依靠上浮接收信息，降低了潛艇的隱蔽性，增大了潛艇的危險系數(shù)。因此，世界各軍事強(qiáng)國都在積極研究和探索新的對潛通信方式，目前已提出并應(yīng)用的新型對潛通信技術(shù)主要包括浮標(biāo)對潛通信、藍(lán)綠激光對潛通信、中微子對潛通信等。

3 新型對潛通信技術(shù)

3.1 浮標(biāo)對潛通信

浮標(biāo)通信是目前最成熟的新型對潛通信方式，它是以通信浮標(biāo)作為潛艇通信的中轉(zhuǎn)站，可以使?jié)撏г谒潞叫卸恍枰细”隳芘c岸艦進(jìn)行通信。浮標(biāo)通信一般使用的浮標(biāo)包括拖曳浮標(biāo)、多功能拋棄式浮標(biāo)等。美軍于上世紀(jì)60年代就進(jìn)行了浮標(biāo)通信的研發(fā)，70年代就已經(jīng)發(fā)展得較為成熟。

目前，世界上具代表性的拖曳浮標(biāo)通信系統(tǒng)主要有可回收的系留光纖系統(tǒng)。可回收的系留光纖系統(tǒng)是由英國國防部和美國國防部共同聯(lián)合研發(fā)的一種系留浮標(biāo)通信系統(tǒng)，該浮標(biāo)可實現(xiàn)釋放與回收功能。浮標(biāo)在潛艇上被釋放后，依靠自身浮力浮至水面，同時浮標(biāo)內(nèi)部裝有GPS 定位系統(tǒng)以及UHF衛(wèi)星通信系統(tǒng)，使?jié)撏軌蚣皶r更新自身位置信息并與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換（見圖1）。同時該系統(tǒng)的分化特征要求通信浮標(biāo)與潛艇是完全松散連接的，從而允許潛艇保持其全部的機(jī)動性［2］。在回收浮標(biāo)時，可回收的系留光纖系統(tǒng)要求能夠及時快速地收回浮標(biāo)，并且在回收時浮標(biāo)要立即下沉，以免產(chǎn)生可檢測的雷達(dá)回波和水面尾跡，保障潛艇的水下安全。

圖1 拖曳浮標(biāo)通信系統(tǒng)

圖2 多功能拋棄式浮標(biāo)通信系統(tǒng)

拖曳式浮標(biāo)在一定程度上解決了潛艇在深水中的通信，但浮標(biāo)在發(fā)射無線電波時不可避免地會被敵方攔截、偵聽以及定位，暴露了潛艇的行蹤，因此又提出了多功能拋棄式浮標(biāo)通信。多功能拋棄式浮標(biāo)能夠解決拖曳式浮標(biāo)因無線電通信而被偵測定位以及對敵進(jìn)行綜合欺騙［2］。多功能拋棄式浮標(biāo)的原理是通過潛艇將浮標(biāo)釋放，由運載平臺將浮標(biāo)送至離潛艇較遠(yuǎn)的海面進(jìn)行通信，由于離潛艇距離較遠(yuǎn)且不回收浮標(biāo)，因此不會暴露潛艇行蹤，敵方在偵測時只能偵測到浮標(biāo)的方位，起到欺騙敵方的目的（見圖2）。但多功能拋棄式浮標(biāo)存在成本高，利用率低等問題。

可見，無論是拖曳浮標(biāo)還是多功能拋棄式浮標(biāo)，都存在一定的不足。未來浮標(biāo)向更大的深度潛航方向發(fā)展，尺寸向小型化方向發(fā)展，以適應(yīng)潛艇的深潛以及安裝要求；通信從單一通信向雙向通信、衛(wèi)星通信等方向發(fā)展；功能向通信、導(dǎo)航、偵察等綜合化的方向發(fā)展［3］，其發(fā)展趨勢可歸納為：

1）融合不同浮標(biāo)所具有的優(yōu)勢，發(fā)展新型浮標(biāo)；

2）應(yīng)有最優(yōu)的儲備浮力和幾何特征量，浮標(biāo)需要具有最好的浮力性能，使其在海水中不會下沉；

3）應(yīng)有良好的平衡穩(wěn)定性，不管在運動還是靜止?fàn)顟B(tài)下浮標(biāo)都能保持其平衡穩(wěn)定；

4）保證運動阻力小、尾跡尾流小、隱蔽性好；

5）增加通信方式，降低浮標(biāo)體積；

6）降低使用成本，增加利用率等。

3.2 藍(lán)綠激光對潛通信

藍(lán)綠激光通信是由S.A.Sullian及S.Q.Dimtley等人在研究光波在海洋中的傳播特性時發(fā)現(xiàn)的，海水對450nm～550nm 波段內(nèi)的藍(lán)綠光的衰減比對其他光波段的衰減要小很多［3］。藍(lán)綠激光通信作為當(dāng)前最有發(fā)展前景的新型對潛通信技術(shù)，已經(jīng)引起了許多國家的重視。

首先從藍(lán)綠激光對于海水的穿透上看，明顯優(yōu)于現(xiàn)時使用的SLF／VLF通信（如表1所示），藍(lán)綠激光在海水中的穿透度達(dá)到了300m，而前者僅僅為100m；其次，從衰減上看，VLF／SLF通信由于海水中含有電導(dǎo)質(zhì)而衰減很大，但對于藍(lán)綠激光，由于光不受電導(dǎo)質(zhì)影響，因此衰減很小；最后，從發(fā)射裝備上看，VLF／SLF 發(fā)射裝備龐大，天線長，而藍(lán)綠激光的發(fā)射只需要藍(lán)綠激光脈沖束發(fā)射器。可見，藍(lán)綠激光不僅穿透力強(qiáng)，衰減小，而且通信穩(wěn)定，信息容量大，抗干擾能力強(qiáng)，是較為理想的對潛通信方式。

表1 激光對潛通信與傳統(tǒng)對潛通信比較

目前藍(lán)綠激光對潛通信還處于研究階段，并未實用化，主要是由于藍(lán)綠激光通信系統(tǒng)還存在一些難題尚未突破：

1）現(xiàn)有的藍(lán)綠激光器并不能完全適用于機(jī)載或者星載，藍(lán)綠激光發(fā)射器在體積、壽命、效率等方面需要較大改進(jìn)；

2）藍(lán)綠激光發(fā)射系統(tǒng)工作環(huán)境要求較高，在惡劣環(huán)境下，藍(lán)綠激光發(fā)射系統(tǒng)幾乎不能使用；

3）研制耗資巨大，藍(lán)綠激光器以及試驗所需費用較多。

與VLF／SLF通信系統(tǒng)相比，藍(lán)綠激光通信在技術(shù)上還不成熟，通信環(huán)境也制約了其發(fā)展。但藍(lán)綠激光對潛通信系統(tǒng)具有良好的發(fā)展前景，一些國家的科學(xué)家也在致力于研究以突破這些難題。美海軍在上世紀(jì)八十年代已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)次海上藍(lán)綠激光對潛通信實驗，其中包括1981年成功進(jìn)行的在12000m 的高空利用飛機(jī)發(fā)射藍(lán)綠激光對水下300m 深海的潛艇進(jìn)行的激光通信，1986年進(jìn)行的將飛機(jī)上的藍(lán)綠激光傳送到冰層下的潛艇實驗等。到1991年為止，美國海軍基本完成了藍(lán)綠激光通信試驗的初級階段，證實了藍(lán)綠激光通信能夠在幾乎全天候氣象和各種海洋條件下高速傳輸數(shù)據(jù)。我國雖然起步較晚，但也已經(jīng)開始在這方面有所研究，目前主要研究方向包括單元技術(shù)、系統(tǒng)理論、計算機(jī)仿真以及藍(lán)綠激光水下傳輸?shù)龋?］。

3.3 中微子對潛通信

中微子通信，是一種用中微子作為載體的通信方式［5］。研究發(fā)現(xiàn)，中微子具有穩(wěn)定的特性，幾乎不會和外界的物質(zhì)發(fā)生作用，同時穿透能力很強(qiáng)，在海水中的衰減小。與VLF／SLF 相比，它可以使?jié)撏г谏钏胁婚g斷地實時傳輸信息，信道穩(wěn)定，傳輸信息容量大。如果將這兩種通信手段結(jié)合起來使用，可以很好地解決在不同情況下的通信保障問題。作為一種全新的潛艇通信方式，近幾年來，已經(jīng)取得了許多突破性的進(jìn)展。

美國最近實施了以中微子為載體的通信試驗，利用中微子束發(fā)送信息，所發(fā)送的信息能夠直接穿過地球，這項技術(shù)同時允許中微子與深水中的潛艇進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。美國羅徹斯特大學(xué)的物理學(xué)教授凱文·麥克法蘭德參與了這次試驗。他指出：“我們當(dāng)前研發(fā)的技術(shù)需要借助大量高科技設(shè)備才能進(jìn)行中微子通信，目前還不具有實用性。但這是我們朝著未來使用中微子進(jìn)行通信邁出的第一步［6］。”實驗結(jié)果表明必須借助類似大功率粒子加速器這樣的設(shè)備才能進(jìn)行中微子通信。

我國在位于廣東大亞灣核電站內(nèi)的大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗裝置經(jīng)過四年建造，在地下100m深、距反應(yīng)堆僅360m 的近點實驗大廳內(nèi)安裝的兩個中微子探測器已經(jīng)探測到來自核電站反應(yīng)堆群的中微子［7］，這是中微子研究史上一個重要的發(fā)展。

現(xiàn)今由于技術(shù)比較復(fù)雜，中微子通信還停留在實驗室階段［8］，還未能實現(xiàn)對潛通信的應(yīng)用，主要存在以下難點：

1）由于中微子不帶電，因此在實際中很難檢測到中微子，現(xiàn)行的方法只能增大接收面積，但由于潛艇本身的體積與載重所限，即使增大接收面積能接收到的中微子也很少；

2）中微子發(fā)射器造價非常昂貴，而且一次通信所需發(fā)射的中微子數(shù)目驚人，現(xiàn)有的質(zhì)子同步加速器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求；

3）中微子發(fā)射器的體積太大，不能置于潛艇上進(jìn)行雙向通信。

4 結(jié)語

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是海洋的戰(zhàn)爭，對于新型對潛通信的發(fā)展不容忽視。尋求具有適合深水、高數(shù)據(jù)率、保密性好，抗干擾強(qiáng)特點的通信技術(shù)，將是對潛通信的發(fā)展方向。目前我國在對潛通信新技術(shù)應(yīng)用與新型通信系統(tǒng)研發(fā)方面尚落后美英等發(fā)達(dá)國家。這就要求我們樹立超前意識，借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)，高起點、有選擇地進(jìn)行跨越式發(fā)展，研發(fā)出適合我軍的新型對潛通信系統(tǒng)。

［1］張東辰，周吉，等.軍事通信［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008：392-393.

［2］嚴(yán)巍.兩種新型潛艇通信浮標(biāo)研究概況［J］.艦船電子工程，2006（4）：31-34.

［3］史偉，野學(xué)范，孫曉磊.多功能拋棄式浮標(biāo)及在潛艇作戰(zhàn)中的運用［J］.四川兵工學(xué)報，2011（6）：150-152.

［4］董科研，姜會林，佟首峰.對潛激光通信［J］.四川兵工學(xué)報，2012（7）：127-130.

［5］美科學(xué)家首次實現(xiàn)中微子通信［J］.前沿科學(xué)，2012（1）：88.

［6］中微子：隱得科學(xué)狂［N］.科技日報，2011-8-31.

［7］張建華，孫衛(wèi)華.潛艇水下隱蔽通信技術(shù)研究［J］.艦船電子工程，2010（2）：24-26.

［8］謝慈，高俊，柳超.中微子對潛艇通信研究［J］.儀器儀表學(xué)報，2006（6）：2071-2073.