潛艇通信現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

張水仙++劉秀龍

摘要：隨著當今科學技術發(fā)展，世界各國越來越重視潛艇通信能力的建設。為了滿足信息化條件下對潛艇通信的要求，我們在發(fā)展?jié)撏КF(xiàn)有通信手段同時，還必須加快藍綠激光、中微子等新興潛艇通信技術的發(fā)展。本文分析了長波、浮標、衛(wèi)星等潛艇通信手段的現(xiàn)狀，研究了潛艇通信的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：潛艇通信；長波；藍綠激光；中微子

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）08-0006-02

隨著海軍戰(zhàn)略任務的調整和科學技術的進步，潛艇通信手段得到了迅速發(fā)展。除長波、浮標、衛(wèi)星通信外，藍綠激光等一些新興的通信手段也被專門用于潛艇通信，甚至目前看似在工程實現(xiàn)上還很遙遠的通信技術，如中微子、量子通信等也在進行理論探討、實驗和應用階段。

1 潛艇通信現(xiàn)狀

目前潛艇通信手段主要分為無線電通信和水聲通信。長波、浮標、衛(wèi)星等屬于無線電通信方式，也是各國使用和發(fā)展的基本通信方式；水聲通信可以實現(xiàn)潛艇深海遠距離通信，是一種相當具有發(fā)展前景的通信方式。

1.1 長波通信

長波通信包括超低頻和甚低頻等頻段，是一種低頻段工作的無線電波。冷戰(zhàn)美蘇對峙時期，不僅使世界海軍對潛艇，特別是核潛艇的戰(zhàn)略地位進行了審視，更加突出了對潛艇通信“隱蔽、實時、完備、穩(wěn)定”的緊迫需求。隨著美蘇制衡的深入和科學技術的發(fā)展，美蘇不斷使用潛艇通信專用頻段對超低頻、甚低頻通信技術進行研發(fā)和建設，使超長波和甚長波成為對潛通信中最基本的技術手段。長波是利用地球表面與電離層之間的“波導”傳播信息，其最主要優(yōu)點是對遠距離潛艇進行水下通信，隱蔽性強。長波通信傳播受晝夜、季節(jié)、氣候、電離層等影響較小，不受核爆炸影響，信號相對穩(wěn)定，可靠性高。缺點是通信頻帶很窄、傳輸速率極低，通常只能用于發(fā)送短報文或通知收報用的“振鈴”[1]。發(fā)信設備龐大，潛艇只能在約定時間進行單向收信，通信實時性較差。

1.2 浮標通信

浮標通信是以浮標作為潛艇通信的中轉站，可以滿足潛艇在水下保持航行狀態(tài)的同時與岸基指揮所進行通信，是目前較為成熟的新型對潛通信方式。為了使?jié)撏П３制渖顫撐恢貌⒛軌蜻M入海上作戰(zhàn)網(wǎng)絡，美英合作研制了一種用于潛艇的雙向通信浮標，稱為可重復使用的光纖系留浮標（RTOF）[2]。通信時，浮標浮在海面上，通過一條極長的光纖與潛艇連接，利用衛(wèi)星與岸基指揮所或水面空中平臺進行高帶寬通信，從而使?jié)撏С蔀樽鲬?zhàn)網(wǎng)絡中的一員。

1.3 衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信是把衛(wèi)星作為中繼站，接收地面（潛艇）發(fā)送的信號，再轉發(fā)到潛艇（地面）。衛(wèi)星通信覆蓋范圍廣，通信距離遠，通信頻帶寬，通信容量大，能傳送多語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務，是冷戰(zhàn)后美國等軍事發(fā)達國家重點發(fā)展的潛艇通信技術之一[3]。到2009年為止，美國所有核潛艇都加裝了衛(wèi)星通信天線和終端，實現(xiàn)對潛大范圍、遠距離、高數(shù)據(jù)率、低截獲的雙向通信。美國目前已擁有大量商用通信衛(wèi)星資源，并研究如何利用該資源滿足潛艇通信需求。

1.4 水聲通信

水聲技術誕生于上世紀中葉，和其他信號處理技術的發(fā)展趨勢相同，水聲技術經(jīng)歷了從最初的模擬通信階段到現(xiàn)今的數(shù)字通信過程，主要利用音頻或者超音頻機械波在水中傳遞信息。研究表明，在海下600—2000m之間有一條聲道，聲波在這一聲道內傳輸距離達數(shù)千公里[4]。水聲信道與無線電信道相比，是一個十分復雜的多徑傳輸通道，信號在海水中傳播，受頻率、海水鹽度、溫度、密度等影響造成損耗，利用難度較大。因此，將水聲通信技術用于對潛通信，需要把水聲通信與無線電通信相結合，并且對相干水聲通信、多載波調制技術和多輸入多輸出技術等進行重點研究，以實現(xiàn)未來潛艇在近千米深度的遠距離通信要求。

2 潛艇通信的發(fā)展需求及趨勢

2.1 極長波通信

潛艇通信能力應該以潛艇的最大潛深為前提，而目前潛艇大深度通信是科研項目中一大難題，水深100米以下，潛艇通信已經(jīng)不具備能力。極長波對潛通信可達400米，能穿透海面上結的厚冰層，是一種單向、大深度、安全性高的通信系統(tǒng)[5]。

2.2 光纖系留浮標

各類通信浮標的都有自己的優(yōu)勢，適合不同的場合和時機，單獨發(fā)展某一種通信浮標就能解決所有問題是不可能的，因此潛艇通信浮標多樣化是未來潛艇通信浮標發(fā)展的必然趨勢，從目前潛艇通信的隱蔽性角度看，應下大力度發(fā)展小型化、適裝性好、對潛艇機動性影響較小的系留浮標，采用相關技術減小對潛艇機動性影響。

2.3 衛(wèi)星通信

隨著海軍戰(zhàn)略的轉變，遂行多樣化軍事任務逐漸增多，潛艇對于衛(wèi)星通信的依賴程度逐步增大。在增加通信衛(wèi)星數(shù)量和通信覆蓋范圍基礎上，研究衛(wèi)星通信的抗干擾手段，使?jié)撏г诖笊疃葪l件下具備視頻、數(shù)據(jù)、話音、傳真等各項功能，讓指揮所全時看到潛艇，及時掌握戰(zhàn)時情況，隨時下達各項命令[6]。

2.4 藍綠激光通信

現(xiàn)在潛艇以無線通信為主，無線通信又以無線電波通信為主，隱蔽性和可靠性受限。藍綠激光由于通信頻帶寬、方向性好、抗干擾抗截獲能力強，避免了敵方的測向、偵察和監(jiān)視，并且在水下400米深度也能夠進行通信，將藍綠激光用于對潛通信可極大提高潛艇的機動性和隱蔽性。但藍綠激光通信對發(fā)射系統(tǒng)工作環(huán)境要求較高，戰(zhàn)時裝置有激光器的飛機、衛(wèi)星被擊毀，藍綠激光也不復存在。而藍綠激光對潛通信能夠有效的解決潛艇通信與潛艇隱蔽的矛盾，適應未來信息化條件下高技術局部戰(zhàn)爭的需求，是對潛通信技術研究的一個方向[7]。

2.5 中微子及量子通信

中微子通信滿足潛艇機動性、可靠性、隱蔽性等需求，能夠很好的完善潛艇通信系統(tǒng)，但中微子不帶電，實際中很難檢測到，發(fā)射器體積太大，造價非常昂貴，而且要發(fā)射的中微子數(shù)量極其龐大，現(xiàn)有質子同步加速器遠不能滿足要求。雖然中微子通信現(xiàn)在還處于實驗階段，一旦投入使用，將是一種最理想的水下通信手段。

ITT Exelis公司試驗證明，利用自由空間量子進行距離為144 公里的通信是可行的，該技術還可以使?jié)撏г谒鲁^100m深處進行安全通信，速率達每秒170K 比特，可以非常容易地處理復雜數(shù)據(jù)。量子通信具有高速、超大容量和高效率的特點，是目前唯一在理論上被證明具備無條件安全性的通信方式[8]。

2017年5月3日，中國科技大學潘建偉研究團隊利用量子相干疊加原理，構建了世界上第一臺光量子計算機。中國量子科學實驗衛(wèi)星項目科學應用系統(tǒng)總設計師彭承志實驗團隊將微小的量子變成通信密鑰，使量子通信從實驗室走向太空，從理論基礎走向實際應用。在科研人員的努力下，我國對量子通信的研究有了進一步的突破，量子通信技術應用于海軍遠程安全通信也指日可待。

3 結語

與先進國家相比，我國在對潛通信技術要落后一些，有些技術的研究工作還未開展。潛艇作為海戰(zhàn)中重要的作戰(zhàn)平臺，在戰(zhàn)爭中起著不可替代的作用，因此要加快發(fā)展大深度、高數(shù)據(jù)率、保密性好的通信技術，在改進現(xiàn)有的長波、浮標、衛(wèi)星等潛艇通信的同時，要探索更加安全、高效的藍綠激光，乃至中微子、量等通信新技術，更好滿足信息化條件下潛艇的作戰(zhàn)需求。

參考文獻

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[3]李悅，王玉玨.衛(wèi)星通信技術在潛艇通信中的應用[J].論證與研究程，2007，（6）：18-21.

[4]胡國強，盛建兵.對潛通信技術的基本應用[J].艦船電子對抗，2007，（2）：83-87.

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