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，能夠穿透海水進行傳播，入水傳播深度可達到100m，傳播信道穩(wěn)定，基本達到了在深水中進行對潛通信的要求［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 只能與岸基進行單向通信，不能進行雙向通信；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)送至離潛艇較遠的海面進行通信，由于離潛艇距離較遠且不回收浮標(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 藍綠激光對潛通信

藍綠激光通信是由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)的藍綠光的衰減比對其他光波段的衰減要小很多［3］。藍綠激光通信作為當(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），藍綠激光在海水中的穿透度達到了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，而藍綠激光的發(fā)射只需要藍綠激光脈沖束發(fā)射器。可見，藍綠激光不僅穿透力強，衰減小，而且通信穩(wěn)定，信息容量大，抗干擾能力強，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)有的藍綠激光器并不能完全適用于機載或者星載，藍綠激光發(fā)射器在體積、壽命、效率等方面需要較大改進；

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

3）研制耗資巨大，藍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)進行了數(shù)次海上藍綠激光對潛通信實驗，其中包括1981年成功進行的在12000m 的高空利用飛機發(fā)射藍綠激光對水下300m 深海的潛艇進行的激光通信，1986年進行的將飛機上的藍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綠激光通信試驗的初級階段，證實了藍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、計算機仿真以及藍綠激光水下傳輸?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，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行遠距離通信。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)子同步加速器遠遠不能滿足要求；

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)達國家。這就要求我們樹立超前意識，借鑒國外先進的技術(shù)，高起點、有選擇地進行跨越式發(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.