龔 純

（中國艦船研究設(shè)計(jì)中心 武漢 430064）

1 引言

21世紀(jì)是信息的世紀(jì)，以信息技術(shù)為核心的各種高新技術(shù)都以前所未有的強(qiáng)勁勢頭迅猛發(fā)展，掀起了新一輪的全球軍事革命。高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭是海、陸、空、天、電五位一體的戰(zhàn)爭，其特點(diǎn)是立體化、多層次、全方位。潛艇作為海軍的主要兵力，以其獨(dú)特的水下隱蔽性和突擊力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)范圍廣的特點(diǎn)在近百年的戰(zhàn)爭史中創(chuàng)造了赫赫戰(zhàn)績，因而備受世界瀕海國家的重視。在協(xié)同作戰(zhàn)中潛艇執(zhí)行任務(wù)和使命越來越依賴穩(wěn)固、安全和快速傳輸數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，然而信息連通技術(shù)仍然是戰(zhàn)略通信系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，在信息化越來越受到軍方和軍事裝備從業(yè)人員重視的今天，有必要對協(xié)同作戰(zhàn)中潛艇信息連通技術(shù)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(zhàn)略通信系統(tǒng)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(jìn)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(zhàn)略通信系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。隨著相關(guān)學(xué)科的飛速發(fā)展，一些新的適于潛艇通信的技術(shù)開始涌現(xiàn)，有些新的通信方式已經(jīng)進(jìn)入軍事應(yīng)用領(lǐng)域，并極大地提高了潛艇隱蔽性能和作戰(zhàn)性能。目前國內(nèi)外潛艇通信主要包括以下幾個(gè)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(lián)絡(luò)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(lián)絡(luò)由ELF／VLF／LF和艦隊(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)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(jié)點(diǎn)間信息交換而建立的，通常使用短波和衛(wèi)星通信手段，并且均需采用突發(fā)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(lián)絡(luò)，主要是為支持戰(zhàn)斗群中的某一艦艇與直接支援戰(zhàn)斗群作戰(zhàn)的潛艇間的信息交換，較常使用潛艇數(shù)據(jù)鏈。因其基本上在近程線路上進(jìn)行，所以可采用HF／VHF／UHF無線電路和衛(wèi)星通信；潛艇對艦艇的通信聯(lián)絡(luò)通常使用近程通信線路，支援潛艇到戰(zhàn)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(wèi)星通信。

3）潛空通信

潛空通信包含飛機(jī)對潛艇和潛艇對飛機(jī)雙向信息交互。飛機(jī)對潛艇的通信聯(lián)絡(luò)，主要是為艦載機(jī)與直接支援戰(zhàn)斗群作戰(zhàn)的潛艇之間提供信息交換，以確保其間的戰(zhàn)術(shù)協(xié)同；潛艇對飛機(jī)的通信聯(lián)絡(luò)是為戰(zhàn)斗群中的直接支援潛艇與艦載戰(zhàn)斗巡邏機(jī)和觀察監(jiān)視飛機(jī)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(lián)絡(luò)，是通過HF／VHF／UHF無線電線路、衛(wèi)星通信和聲學(xué)電話直接為兩艘潛艇之間提供信息交換線路。

5）浮標(biāo)通信

通信浮標(biāo)是潛艇水下發(fā)信的唯一手段，存在實(shí)時(shí)性差，反饋不及時(shí)、成本高等特點(diǎn)，由于具有暴露性，因此一般只在應(yīng)急狀態(tài)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(shí)、低速等局限性，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）岸發(fā)潛收

當(dāng)潛艇處于潛航狀態(tài)時(shí)，岸指以甚長波／長波／短波發(fā)信，潛艇必須從工作深度上浮到危險(xiǎn)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(xiǎn)深度久留（但在危險(xiǎn)深度可收信），還因?yàn)橹挥性诘退俸叫袝r(shí)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(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)受到限制的條件下進(jìn)行的。因此，這種通信只能在事先約定的時(shí)間內(nèi)通信。

2）潛發(fā)岸收

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

3）衛(wèi)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(wèi)星中繼與陸、空、水面進(jìn)行微波雙向通信，通信完畢隨即下潛回到工作深度，但衛(wèi)星通信容易受到敵方的攻擊而導(dǎo)致無法使用。

4）戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈

潛艇也可以利用數(shù)據(jù)鏈與友軍交換戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)。但由于通信鏈路的限制，其工作效率很低，有時(shí)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(jī)充當(dāng)中繼。

由此可見，潛艇通信還存在單向、定時(shí)、低速的局限性，現(xiàn)階段技術(shù)水平難以滿足未來信息化協(xié)同作戰(zhàn)條件下與其他海軍平臺、艇外傳感器、衛(wèi)星和其他系統(tǒng)連通和傳輸?shù)男枨?，將大大降低潛艇作為網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之一的作戰(zhàn)效能。

4 協(xié)同作戰(zhàn)信息連通技術(shù)

潛艇是各國海軍作戰(zhàn)的重要兵力，擔(dān)負(fù)著保衛(wèi)海上戰(zhàn)略通道安全、破壞敵海上交通線和進(jìn)行核反擊的重任。如何對潛艇實(shí)施準(zhǔn)確無誤、快速隱蔽及抗截獲性強(qiáng)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(tài)的潛艇通信，到目前為止大多數(shù)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(qiáng)的特點(diǎn)，甚低頻通信狀態(tài)下可穿透海水20m～30m，即潛艇在水下20m～30m處可接收報(bào)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(wèi)星通信，但工作時(shí)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(gòu)成威脅，暴露的時(shí)間越長受到的威脅越大。鑒于潛艇在未來戰(zhàn)爭中的重要作用，大多數(shù)國家都有其更多更安全的通信手段［2～3］。

結(jié)合潛艇的現(xiàn)有技術(shù)，提出以下幾種在協(xié)同作戰(zhàn)中可行的信息連通技術(shù)［4～5］。

4.1 水聲通信技術(shù)

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(gè)十分復(fù)雜的多徑傳輸通道，且環(huán)境噪聲高、帶寬窄、可適用的載波頻率低以及傳輸時(shí)延大，為了克服這些不利因素，近幾年已經(jīng)出現(xiàn)多種水聲通信技術(shù)。

1）多載波調(diào)制技術(shù)

目前應(yīng)用于水聲通信的多載波調(diào)制技術(shù)即為正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)，該技術(shù)是一種特殊的多載波高速調(diào)制傳輸方式，它利用載波間正交性進(jìn)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(shù)（MIMO）

多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)是無線移動(dòng)通信領(lǐng)域的重大突破，原理即是通過在發(fā)送端和接收端安裝多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不需要增加頻譜資源和天線發(fā)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(shù)

海水對藍(lán)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(lán)綠激光的低損耗區(qū)間實(shí)現(xiàn)飛機(jī)（或衛(wèi)星）對水下約300m深度的潛艇通信，藍(lán)綠激光對潛艇通信的優(yōu)點(diǎn)就是穿透海水能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)與下潛300m深度的潛艇進(jìn)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(lán)綠激光通信速率高，速率傳輸能力強(qiáng)，不受天氣、環(huán)境和氣象條件的影響［7］。

目前藍(lán)綠激光對潛通信的一些關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)解決，其中美國在該領(lǐng)域起步較早，至今，已經(jīng)成功進(jìn)行了六次海上大型藍(lán)綠激光對潛通信試驗(yàn)，證實(shí)了藍(lán)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(shù)據(jù)傳輸［8］，已逐漸形成比較明朗的衛(wèi)星—潛艇激光通信發(fā)展方向。

4.3 量子通信技術(shù)

量子通信是通信技術(shù)與量子物理學(xué)相融合形成的一門新興學(xué)科，是通信技術(shù)上的又一次劃時(shí)代的革命，具有廣闊的應(yīng)用前景。該技術(shù)利用量子效應(yīng)的優(yōu)勢，在保證通信絕對安全的前提下，追求更遠(yuǎn)的通信距離、更高的通信效率，實(shí)現(xiàn)高性能的新型通信系統(tǒng)。

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(shí)驗(yàn)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(tǒng)，并已投入使用。

國內(nèi)在光纖量子通信方面已經(jīng)取得了一批具有國際先進(jìn)水平的科研成果，整體發(fā)展水平居于世界前列，2012年，中國科技大學(xué)的研究小組在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了超過100km的量子隱形傳態(tài)［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(yōu)勢，因此利用該技術(shù)可構(gòu)筑高速、大容量的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高清晰度圖像等大容量超高數(shù)據(jù)的保密傳輸，也是未來協(xié)同作戰(zhàn)信息連通技術(shù)發(fā)展的重要方向［10］。

4.4 衛(wèi)星激光通信技術(shù)

衛(wèi)星激光通信是一項(xiàng)嶄新的衛(wèi)星通信體制，相對于現(xiàn)有的衛(wèi)星技術(shù)而言，具有以下技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢：

1）相同的通信性能指標(biāo)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(wèi)星通信，通信容量高3～5個(gè)數(shù)量級，是未來衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(qiáng)；

5）作用距離更遠(yuǎn)，是未來深空高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐爰夹g(shù)手段。

5 信息連通能力需求分析

5.1 協(xié)同作戰(zhàn)信息需求

隨著先進(jìn)的探測設(shè)備，精確制導(dǎo)武器的使用、作戰(zhàn)對象反潛能力不斷提升，潛艇作戰(zhàn)面臨的威脅日益增大。并且受戰(zhàn)場環(huán)境、自身戰(zhàn)術(shù)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(shí)掌握戰(zhàn)場的態(tài)勢。為了獲取相應(yīng)的作戰(zhàn)信息（包含遠(yuǎn)程目指信息），實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)距離目標(biāo)實(shí)施精確打擊，必須依賴隱蔽、及時(shí)、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(dú)斗，而是采取海、陸、空諸兵種聯(lián)合作戰(zhàn)，所以需要兵力之間更加緊密的協(xié)同，充分發(fā)揮各平臺綜合作戰(zhàn)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(xié)同作戰(zhàn)的重要保障。

1）雙向通信能力

潛艇具有隱蔽性好，突擊力強(qiáng)以及自給力強(qiáng)等其他平臺無可匹敵的優(yōu)點(diǎn)，為了有效發(fā)揮潛艇的作戰(zhàn)效能，潛艇不僅需要具備水下及時(shí)準(zhǔn)確獲取作戰(zhàn)信息的能力，還需要能夠向其他作戰(zhàn)平臺發(fā)送收集到的戰(zhàn)場態(tài)勢信息，緊急報(bào)告、求救和必要應(yīng)答命令信息的能力。

2）遠(yuǎn)距離、高速率通信能力

隨著當(dāng)前信息化條件下海戰(zhàn)對寬帶業(yè)務(wù)的需求日益增長，潛艇通信系統(tǒng)信息化要求越來越高，要求具有更遠(yuǎn)的傳輸距離、更高的傳輸速率、更高的傳輸可靠性、更強(qiáng)的業(yè)務(wù)能力和抗干擾能力，因此必須具備安全可靠的遠(yuǎn)距離、高速率的通信能力，滿足當(dāng)前海軍戰(zhàn)略由“近海防御”向“近海防御與遠(yuǎn)海防衛(wèi)”轉(zhuǎn)型要求。

3）大深度下的水下隱蔽通信能力

潛艇的最大特點(diǎn)是隱蔽性，受制于拖纜及浮體自身技術(shù)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(yōu)勢無法得到充分發(fā)揮。因此，大深度水下隱蔽通信技術(shù)必將成為未來協(xié)同作戰(zhàn)潛艇信息連通能力需求發(fā)展的重要方向之一。

6 結(jié)語

從目前看，單獨(dú)的潛艇通信技術(shù)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(shù)和手段，信息連通技術(shù)對未來戰(zhàn)爭的成敗發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，作為協(xié)同作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之一的潛艇與其他節(jié)點(diǎn)之間信息互通必須保持高效、迅速、通暢。21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，人類對海洋的開發(fā)利用和關(guān)注達(dá)到前所未有的高度，圍繞海洋的各種通信技術(shù)也會層出不窮，可以預(yù)言，在不久的將來，水下信息連通技術(shù)一定可以達(dá)到一個(gè)新的高度。

［1］夏維華，王一路.潛艇通信系統(tǒng)綜述［J］.計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2002（9）：55－57.

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［6］孫小東，于全，王紅星，等.OFDM技術(shù)及系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2004，16（3）：499－503.

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