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        一種基于衛(wèi)星的對潛激光通信研究

        2018-02-26 16:59:01夏融
        科技視界 2017年36期
        關(guān)鍵詞:岸基藍(lán)綠衛(wèi)星通信

        夏融

        【摘 要】分析了藍(lán)綠激光在潛艇上使用的優(yōu)缺點與部分關(guān)鍵技術(shù),根據(jù)對潛通信特點提出了一種混合利用現(xiàn)有通信手段與激光通信的組網(wǎng)方式。

        【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星激光通信;對潛通信

        【Abstract】This paper analyzes the advantages and disadvantages of the use of blue - green laser in the submarine and some key technologies. Based on the characteristics of latent communication, this paper proposes a network of using existing communication means and laser communication.

        【Key words】Satellite laser communication; Submarine communication

        0 引言

        潛艇具有隱蔽性好、打擊能力強(qiáng)、連續(xù)持航時間長的特點,是大國二次核打擊的中堅力量。但受限其特殊的工作環(huán)境,信息傳輸困難,與其他平臺的溝通能力弱。潛艇在較為安全的水下進(jìn)行通信時,主要依賴甚低頻(VLF:3~30 kHz),通信速率極度受限,僅為幾十bps;如需進(jìn)行較高速率的業(yè)務(wù)時,則需浮出水面進(jìn)行無線通信,潛艇的隱蔽性則會大大降低;同時隨著新形勢的發(fā)展,潛艇平臺的傳統(tǒng)通信手段難以滿足不斷增加的大容量數(shù)據(jù)傳輸需求。

        1 激光通信特點

        激光通信擁有傳統(tǒng)衛(wèi)星通信手段不可比擬的通信速率上的優(yōu)勢,通過仿真[1],可以實現(xiàn)2.5Gbps的信息速率,遠(yuǎn)大于目前任意一種衛(wèi)星通信所支持的速率。從1963年證實了藍(lán)綠激光對海水的投射性以來,美國、前蘇聯(lián)、英國等研究表明均開展了相關(guān)的研究,這些波長為420nm-540nm的特定藍(lán)綠光,在一定功率條件下,在海水中的穿透能力可以達(dá)到600m,使用該通信手段時,潛艇無需浮出水面,在水下數(shù)百米即可完成高速的業(yè)務(wù)通信,美軍在20世紀(jì)80 年代的多次試驗表明,通過搭載藍(lán)綠激光發(fā)射器的飛機(jī)在數(shù)千米高空,對水下300m深的潛艇實現(xiàn)業(yè)務(wù)通信是可行的。激光通信還具有極強(qiáng)的方向性,僅在極窄的波束范圍內(nèi)可以被探測到信號,相比其他形式的無線電通信,天然具有良好的通信隱蔽性。

        2 對潛通信典型架構(gòu)

        我國在對潛激光通信的研究開始得相對較晚,目前主要從事單元技術(shù)、系統(tǒng)理論、計算機(jī)仿真以及藍(lán)綠激光水下傳輸實驗等方面的研究。一個典型的藍(lán)綠激光對潛通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。首先由信道將待發(fā)送信號編碼,轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的電脈沖信號,再由激光發(fā)射器去調(diào)制激光載波,使被發(fā)射的激光信號參數(shù)(如相位、頻率等)隨信號的變化而變化,隨后,發(fā)射天線將攜帶信息的光載波發(fā)向接收端,接收的過程則為發(fā)射的逆過程。

        圖1 接收發(fā)射過程

        通過上圖可以看到,傳輸過程主要包括發(fā)射機(jī)、海水大氣信道、接收天線組成,目前主要技術(shù)難點包括:針對激光傳輸?shù)暮K?大氣信道模型建立、激光光源的設(shè)計、調(diào)制解調(diào)及編解碼的優(yōu)化選擇等,這些關(guān)鍵技術(shù)均已開展了相關(guān)技術(shù)研究[2]。同時還應(yīng)注意到在使用中,發(fā)射天線和接收天線距離遠(yuǎn),且激光的波束寬度小,極窄的波束寬度要求的對星精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有系統(tǒng),對高速度、高精度的對準(zhǔn)裝置提出了新的要求,特別初始對星時的信號捕獲較為困難,為了降低激光通信的復(fù)雜度,滿足更便捷的組網(wǎng)使用,系統(tǒng)架構(gòu)可采用混合頻段的通信組網(wǎng)形式[3]。

        3 一種典型組網(wǎng)示例

        3.1 組網(wǎng)形式

        一個對潛激光通信通信組網(wǎng)示例如下。

        圖2 潛艇通信組網(wǎng)示意圖

        通信包括三個過程:1、潛艇通過浮標(biāo)等形式的通信手段,以傳統(tǒng)中低頻段衛(wèi)星與岸基站取得聯(lián)系,建立低速鏈接,將當(dāng)前位置信息等告知岸基(此時為降低位置潛艇暴露可采用擴(kuò)頻、跳頻等隱蔽通信手段)。2、岸基站通知可覆蓋潛艇位置的激光通信衛(wèi)星進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài),衛(wèi)星完成衛(wèi)星波束的移動、功率調(diào)整等操作,進(jìn)入到等待潛艇高速回傳的狀態(tài),岸基站同時通知潛艇激光衛(wèi)星鏈路已備妥。3、潛艇站收回浮標(biāo),停止傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù),在水下通過APT裝置以掃描的形式搜索衛(wèi)星,確定衛(wèi)星位置后,即建立鏈路后,進(jìn)入高速數(shù)據(jù)回傳狀態(tài)[4]。

        3.2 組網(wǎng)特點

        通過該形式,可充分利用現(xiàn)有技術(shù)條件及激光通信的特點:通過傳統(tǒng)衛(wèi)星通信手段,利用中低頻段衛(wèi)星通信對星簡便、技術(shù)成熟度高的優(yōu)點,潛艇可通知岸基站預(yù)先調(diào)整激光衛(wèi)星,將本次高速通信前的先驗信息,以極短的報文傳送至岸基,再由岸基推送至激光通信衛(wèi)星,激光衛(wèi)星調(diào)整波束位置來降低潛艇對星過程所花費的時間,也可同時調(diào)整波束大小(集中功率)提高衛(wèi)星鏈路的系統(tǒng)余量,提高通信的可靠性。

        4 結(jié)語

        在實際通信中應(yīng)用激光通信這類新技術(shù),如前所述,還存在諸多關(guān)鍵技術(shù)有待攻克。但其作為未來對潛通信發(fā)展的趨勢,盡早、更多的開展相關(guān)工程化研究,有助于可更好的完善我國天基通信系統(tǒng)。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]王天亮,葉暉,胡永勤.衛(wèi)星對潛激光通信激光光源研究[J].中國空間科學(xué)學(xué)會2013年空間光學(xué)與機(jī)電技術(shù)研討會,2013.

        [2]譚立英,吳世臣*,韓琦琦,馬晶.潛望鏡式衛(wèi)星光通信終端的CCD粗跟蹤[J].光學(xué)精密工程,2012,(2).

        [3]徐濤,溫東,姜波,陳曉露. 基于主動取報方式的藍(lán)綠激光星潛通信研究[J].無線光通信,2016,(11).

        [4]李曉峰. 星地激光通信鏈路原理與技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社,2007.

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