水下通信技術

朱琳

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

關鍵詞：水下通信技術;海洋;無線通信技術

一：背景及意義

在現代海戰中，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。水下通信技術的不斷完善，使潛水艇和在水下工作的人員能夠更好的和天空中的飛機，陸地上指揮部乃至衛星取得聯系，同時也加強了國防的建設力量，便于人們對水下的世界有更好的認知。

二：成果及優缺點

（1）AT&T公司1988年安裝了第一個越洋光纖通信系統在大西洋，將英國，法國與美國連接起來。到1991年，敷設了第二代越洋光纖通信系統，其降低了光纖損耗且提高了接收機的靈敏度。1994年，安裝了第三代水下光纖通信系統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。且不能滿足遠距離水下組網的要求，只能實現短距離的高速通信。

（3）水下激光通信需要線性準直傳輸，通信距離短，水的清晰度會影響通信質量，制約了其在水下網絡中的應用。因此，它適用于近距離、高速的數據傳輸。

（4）在水下工作時，合理使用無線通信技術，不僅可以降低工作的生產成本，還可以通過無線通信技術的網絡系統實現水下環境監測功能。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，美國完成了技術方案和設計的主要技術要求水下藍色和綠色激光通信，隨后完成概念驗證實驗，證明了藍色和綠色激光可以交流通常在嚴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，它證明了星地遠距離通信鏈路是可行的。第三次是在1986年，將藍綠激光通信領域擴展到極地地區。

（6）水下無線電磁波通信是以水為傳輸介質，以不同頻率的電磁波為載體來傳輸語言、文字、數據、指令、圖像等信息的通信技術。但由于海水衰減作用強，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綠色波長光進行的水下無線光通信。信息承載能力強的優點，高工作頻率的光波，大容量無線通信鏈路數據傳輸能力強、不受鹽度、溫度、電磁和海水的核輻射，強大的抗干擾、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。其缺點是光損耗大，容易干擾通信，方向性強，需要知道水下目標的大致位置，以便向其發送信息。

（8） 1945年，美國研制出世界上第一套水聲通信系統。它是水下無線介質和水下目標間遠距離通信的一種手段。其缺點是傳輸速率低、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行通信的一種傳輸技術。其優點包括不易被發現、干擾、截獲和破壞;不污染環境;不受電磁干擾和核爆炸輻射影響;溝通能力大;良好的保密;強大的抗干擾能力。1984年，美國的一艘核潛艇在進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。缺點是很難探測到中微子;發射器上的加速器體積大，體型高;實際通信中需要的中微子數量較大，現有的質子同步加速器遠遠不能滿足要求;此外，用來控制中微子發射方向的偏導器也很大。

（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，且現在的通信距離無法達到要求，面臨技術和設備上的困難。

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

（13）美國是最早開展水下長距離數字聲通信技術的國家。

（14）CSD技術：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技術的要求的是以美國為首的西方軍事發達國。

（15）潛艇離舷通信技術是利用處于水面或近水面狀態的浮標或天線等裝置實現水下潛艇通信，其特點是可以能夠更好的利用衛星。

（16）在2000年5月，美國海軍通過與無線電通信相結合的水聲通信和水下網絡技術完成了歷史上第一次在潛航狀態下潛艇發送文件的演示實驗。

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

（18）水下激光PPM系統同步技術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）對于水下導航，引導定位，探測，蛙人水下語音通信技術起到了重要的作用。對于水下語音通信技術的研究，國外相對較早，主要采取的方式是單邊帶調制，但其缺點是蛙人講話時產生的聲音會影響到接收語音的清晰程度。

（20）水下無線磁感應通信技術可以在水下環境中進行無線信息的傳輸，磁場信號的水下介質穿透能力很好。在水下環境中無線磁感應通信具有穩定的信道狀態，其原因是因為在水下傳輸介質的磁導率幾乎一致。且其通信的可靠性較好。

三：綜合

綜合以上研究發現，水下通信系統在水下作業，海洋監測，水下勘測等領域的應用，推進了我國各個方面的發展，且數據通信，水下控制，協同作戰的配合，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，還有改進的余地。另外，水下通信設備的數量需要進一步減少，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

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