潜艇应急救生通信现状及发展趋势

孙卫华，费 礼，叶发新

(中国船舶重工集团公司 第七二二研究所，湖北 武汉 430205)

潜艇应急救生通信现状及发展趋势

孙卫华，费 礼，叶发新

(中国船舶重工集团公司 第七二二研究所，湖北 武汉 430205)

潜艇在水下航行时，由于海底和潜艇自身错综复杂的情况，一旦遇到突发险情，往往遭到严重破坏，直接威胁艇上人员生命安全。为高效开展对潜应急救援，需要潜艇配备强有力的应急救生通信手段作为保障。首先分析现有潜艇应急救生通信手段和装备现状，目前潜艇主要依靠应急救生浮标实现对外遇险报警通信，依靠声力电话实现内部应急救生通信。然后通过分析现有手段的不足，结合潜艇遇险救生通信需求，提出潜艇应急救生通信设备未来发展趋势。

潜艇；应急通信；遇险救生；浮标

0 引 言

潜艇是现代海战中必不可少的一支战斗力量，具备极强的隐蔽性和攻击性，能隐蔽于海面以下几百米深处，一旦收到命令即可向敌方发动突然袭击。但海底复杂多变的情况也给潜艇安全造成多种威胁；设备老化或操作失误又使潜艇自身具有一定的安全隐患。潜艇一旦遇到突发险情，往往会受到严重破坏，带来的危害巨大，需要紧急开展对潜救援。可以说，从潜艇诞生之初开始，潜艇遇险和对潜救援就一直伴随着潜艇的发展[1]。

高效的对潜救援需要强有力的应急通信手段作为保障，以便快速定位遇险潜艇以及与艇上人员取得联系。目前，潜艇一般具备甚/超低频收信、短波/超短波通信、卫星通信等通信手段，近年来其功能和性能都有了长足进步[2–3]。但潜艇遇险时，相应的通信设备可能损坏，而且艇上正常电力供应可能中断，导致无法进行正常通信。特别是，潜艇水下遇险而又无法上浮时，由于海水的阻隔，高频无线信号无法发射出去，而甚/超低频设备仅能单向接受岸基信号，无法发射求救信息。因此，潜艇装备应急救生通信设备就显得尤为必要。目前，相较于潜艇正常通信手段，潜艇应急救生通信手段发展相对滞后，应急救生通信保障能力相对薄弱，亟需发展和加强。

1 潜艇应急救生通信现状

潜艇应急救生通信分为对外和对内 2 部分：对外部分主要是完成遇险报警通信以及与救援人员的现场协调通信；对内部分主要是实现艇内人员应急情况下的信息互通[4]。

1.1 潜艇对外应急救生通信现状

考虑到海水对无线电波的阻隔，根据潜艇遇险情况和通信需求的不同，潜艇对外应急救生通信主要通过 3 种手段实现：浮标通信、水声通信和便携式救生电台[4–5]。其中，浮标通信和水声通信主要在潜艇水下遇险时使用，便携式救生电台可在潜艇水面遇险时或艇员离艇时使用。

1.1.1 浮标通信

潜艇通常于首尾位置装备应急救生浮标，遇险后由艇员操作释放。应急救生浮标由浮标体和相应报警通信设备组成，浮标可带有电缆与潜艇相连，也可采用无缆形式。浮标体浮力较大且能耐较大水压，出水后浮标体内设备对外进行报警通信。根据应急救生浮标实现的功能不同，主要有无线电信标和应急通信浮标 2 种。

1）无线电信标

无线电信标与救援力量的导航、定位、雷达系统配合构成寻位系统，实现对遇险潜艇的快速定位，通常仅具有报警和定位功能，并无双向通信能力。浮标采用被动和主动 2 种方式报警示位。被动方式通常结合雷达系统实现，浮标内设备对雷达扫描信号进行应答，从而使救援舰船或飞机发现和定位遇险潜艇。当浮标与潜艇有缆连接时，雷达扫描信号还可传递至潜艇舱内终端，告知艇内人员等待救援。主动方式则通常结合卫星定位和通信网络实现，图 1 给出了一款主动式无线电信标 1 潜艇应急无线电示位标（Submarine Emergency Position Indicating Radio Beacon，SEPIRB）。该浮标采用无缆形式，浮标出水后通过全球卫星搜救系统（COSPAS－SARSAT）报警，报警消息包括其发射时间、标号和初始位置；报警消息发出 6 h 后，作为卫星报警的后备方法，浮标于 121.5 MHz 上发送报警信标，附近舰船或飞机可根据信标对其定位[6]。

图 1 潜艇应急无线电示位标Fig. 1 Submarine emergency position indicating radio beacon

2）应急通信浮标

应急通信浮标不但具有报警定位功能，还具有双向通信功能。为了实现双向通信功能，该种浮标一般采用有缆形式，即潜艇与浮标间通过电缆连接。救生通信设备由潜艇舱内终端设备和浮标内设备组成。舱内终端是人机接口，艇员通过人机界面完成报警和船名代码的输入、遇险经纬度和时间的输入、报警呼叫的编码、频率更换以及对浮标内设备的收发控制等。浮标内设备主要是接收舱内信息处理单元的指令，完成信息收发。目前，浮标内通常装备超短波救生电台，通过发送数字选择性呼叫实现对外报警，通过多个频点上的话音通信实现与救援舰船和飞机的通信，还可装备有线电话实现与艇外救援人员的通信。

另外，应急救生浮标还可具备灯光闪烁报警、兼容艇体供电、自备电池供电和向潜艇提供反向供电线路等功能。但需注意的是，艇体供电和提供反向供电线路需要浮标采用有缆形式。目前，英国、俄国的潜艇应急救生浮标普遍采用有缆形式，而美国、德国、荷兰等国则主要采用无缆浮标。

1.1.2 水声通信

除了应急救生浮标，世界各国也普遍利用水声通信手段实现水下遇险潜艇应急救生通信。美国在水声通信应用方面处于前列，研制装备有水声电话、紧急水声电话和紧急声呐信标（见表 1）。但水声通信设备受海况、水文等条件制约，通信距离有限、传输速率较低。

1.1.3 便携式救生电台

表 1 美国潜艇应急救生水声通信设备Tab. 1 Underwater acoustic communication equipments of U.S. submarine for emergency situation

便携式救生电台可由艇员携带，在潜艇处于水面状态时使用，实现对外报警通信，同时也可在潜艇状态不适宜艇员继续滞留的情况时，由艇员携带离艇使用。考虑到便携式救生电台的使用特点，对其做了水密和储存浮力处理，使其可漂浮于水面工作。目前，便携式救生电台上一般搭载短波、超短波应急通信设备，可实现对周边区域的数字选择性呼叫报警和多个频点上的话音通信。

1.2 潜艇内部应急救生通信现状

与对外应急救生通信相比，潜艇内部应急救生通信相对简单。目前，世界各国潜艇基本装配了网络化综合内部通信系统，实现日常艇内通信功能。当潜艇遇险时，若艇内供电和网络正常，可利用综合内部通信系统实现应急情况下的艇内联络互通。当险情导致艇内供电或网络故障时，潜艇上装配有声力电话，在无需供电的情况下，依靠话音声力传递信息，且与综合内部通信系统相隔离，保证艇内主要部位间的应急救生通信[4]。

2 目前潜艇应急救生通信能力的不足

目前，潜艇应急救生通信设备已可满足一定条件下的潜艇遇险救生通信需求，但是面对海上和潜艇自身错综复杂的情况，以及潜艇未来的发展趋势，还存在着较大的能力不足。主要表现在：潜艇应急救生浮标主要依靠艇员操作释放，智能化程度不高；现有潜艇对外应急救生通信设备不能适应潜艇未来远海大潜深航行工作情况；内部应急救生通信设备覆盖范围明显不足；艇员个人的报警通信能力较低。

2.1 潜艇应急救生浮标智能化程度不高

目前的应急救生浮标中，不论是有缆浮标还是无缆浮标，在释放时均需艇员人工操作，智能化程度较低。特别是有缆浮标，由于艇上安装空间的限制，目前安装于艇首尾位置，其操作控制终端一般安置于浮标安装位置的垂直舱内下方。当潜艇遇险需释放浮标时，艇员需快速机动至相应位置，操作终端，释放和控制浮标，并完成报警通信等操作。如果艇员因受伤、舱室受损等原因无法到达相应位置释放操作浮标，将会导致应急救生浮标不能正常释放，从而无法实现对外应急报警通信。即使经过努力，艇员到达了相应位置，顺利释放了应急救生浮标，也会因浮标未及时释放和对外报警通信，丧失宝贵的救援时间，导致较大人员伤亡。

2.2 远海大潜深应急救生通信能力有限

由于作战使用的需要，并随着技术水平的提高，潜艇航程和潜深将不断加大。这也就意味着潜艇遇险时所处的广度和深度逐渐增大。然而，目前的潜艇对外应急救生通信设备无论是在结构形式还是在通信手段上均无法满足远海大潜深报警通信需求。

应急救生浮标根据当前潜艇航行深度设计，耐压能力和浮力储备都无法满足大潜深要求。而且，有缆应急救生浮标受缆绳长度限制，释放深度有限，且可能出现缆绳缠绕等故障阻碍浮标释放。便携式救生电台仅针对水面使用设计，由艇员水下带出后将会进水变形、无法使用。

目前不论是应急救生浮标、水声通信设备还是便携式救生电台通信距离均有限。应急救生浮标普遍采用雷达扫描定位和超短波通信手段，作用范围为视距；水声通信设备受海况、水文等条件制约，通信距离有限；便携式救生电台受发射功率和信号频段所限，也仅能实现近距离通信。国外的 SEPIRB 无缆浮标虽然使用卫星通信手段，可覆盖全球，但仅能实现报警和定位，无法支持双向通信。

2.3 内部应急救生通信设备覆盖范围不足

目前的潜艇内部应急救生通信主要依靠声力电话达成。但声力电话门数有限，并且在艇上固定位置安装，仅能保障艇内主要部位间的通信，与潜艇整体区域相比，覆盖面较窄，存在较多死角，极不利于艇内人员相互联系。当潜艇遇险时，艇上人员可能分布各舱室，且人员行动可能受阻。对于那些丧失行动能力或因舱室损坏而无法移动至声力电话安置位置的艇员，将会产生信息孤岛，无法与艇上其他人取得联系，很有可能在救援过程中被遗漏，造成不必要的人员损伤。

2.4 离艇艇员个人报警通信能力低下

潜艇遇险后往往会出现不适宜艇员继续驻留的情况（如发生核泄漏），因此艇员有时需要离艇自救。潜艇装备的应急救生浮标等应急救生通信设备只能标示潜艇位置和实现潜艇与外界通信，无法跟踪遇险潜艇离艇艇员的具体位置。目前装备的便携式救生电台体积较大，艇员携带不便，且通常未做耐压设计，艇员从水下离艇后无法正常使用。因此，离艇艇员的应急报警通信能力较低，无法快速高效地与岸基或救援人员取得联系，极大地延误救援时间。

3 未来发展趋势

针对潜艇应急救生通信设备目前存在的不足，面向潜艇未来的发展方向，为了应对复杂多变的海上环境，提升潜艇遇险救生通信的保障效能，潜艇应急救生浮标需摒弃手动操作方式，朝着智能化的方向发展；对外应急救生通信设备需适应潜艇不断增长的远海大潜深航行需求；内部应急救生通信设备则将扩大覆盖范围，改变现有声力电话门数有限的局面；同时为了提高对离艇艇员的救援效率，艇员个人的报警通信能力也需进一步提高。

3.1 潜艇应急救生浮标将更智能化

未来潜艇应急救生浮标将朝着智能化方向发展，在潜艇遇极端突发险情导致艇员丧失行动能力时，应急救生浮标依然能实现自动向外报警。这就要求艇上装备相应设备进行信息收集、状态感知、推理判断和报警触发。设备持续收集与潜艇安全和艇员生命体征相关的信息，构建专家知识库，采用模糊数学、人工神经网络等算法，通过一系列判断推理发现险情后，自动触发释放应急救生浮标并使其向外报警通信。整个过程无需艇员干预操作，极大地提高了潜艇报警通信自动化和智能化程度，可有效保障对潜救援的开展。但同时也应注意到，设备自动感知判断可能产生虚警，因此也需设置人工干预功能，在浮标自动释放对外报警前向艇员给出提示并留有一定反应时间，若是虚警可通过人工干预取消，否则对外报警。

智能化应急救生浮标将极大地提高潜艇在极端险情下的对外报警通信能力，提升应急报警通信的时效性，实现无人操控自动报警，节省宝贵的救援时间。

3.2 远海大潜深报警通信能力将进一步提高

未来潜艇将能在水下数百米深度全球航行、巡逻或执行战略威慑任务。为满足潜艇遇险远海报警通信需求，需大力发展卫星通信手段并将其应用于对外应急救生通信设备[5]。目前，欧美等国已运用全球卫星搜救系统实现潜艇全球遇险报警，但双向通信能力尚有欠缺。未来可综合运用卫星通信、超短波通信和水声通信等手段，在应急救生浮标中配置相应通信设备，全方位保障潜艇远程遇险报警通信。

在应对大潜深应急报警通信需求方面，需要改进应急救生浮标材料和结构，增大浮标耐压能力和浮力，并综合运用有缆和无缆 2 种形式。潜艇遇险深度较浅时，使用有缆浮标实现双向通信和反向供电；遇险深度较大时，释放无缆浮标实现单向报警。未来还可以考虑在无缆浮标中引入更加高效的双向水声通信（如：采用正交频分复用技术或多换能器时空阵列技术[7–8]）和卫星通信手段，利用“水声 + 卫星”的方式实现应急双向通信。

3.3 内部应急救生通信设备将提高覆盖程度

为了营救每一名艇员，需要艇上各处能相互通信，因此潜艇内部应急救生通信系统应能覆盖艇上每个角落，以使艇上任何一处的艇员在遇险情况下均能相互通信。

未来潜艇内部应急救生通信可综合运用声通信和无线通信技术，实现艇内应急通信的全覆盖。在舱室隔断钢板上安置声通信设备，通过声振动传递信号，实现相邻舱室之间的应急通信[9]。舱室内可配置若干无线终端，采用无线通信技术与声通信设备互联，实现舱室内应急通信。声通信设备也具备无线网关功能，通过无线和声通信接力，实现跨舱室应急通信。

3.4 艇员离艇后报警通信能力将进一步提升

欧美等国已注意到提升离艇艇员应急报警通信能力的迫切性，研发有潜艇艇员出艇定位装置。潜艇遇险后，脱险人员在逃离潜艇时携带该装置，到达水面后，该装置通过卫星通信系统将位置信息转发至救援部队。另外，针对多人集体离艇脱险的情况，可研制漂浮救生舱并搭载相应通信设备。离艇艇员乘坐漂浮救生舱浮出水面后，使用其搭载的通信设备对外报警通信，等待救援。

4 结 语

潜艇长期潜于水下会遇到各种突发险情。遇险后，为有效支撑应急救援的开展，需要强有力的应急救生通信保障。目前，潜艇装备了多款应急救生通信设备，可满足一定条件下的对外对内应急救生报警通信需要。但是，面对海上和潜艇自身错综复杂的情况以及未来需求，目前的潜艇应急救生通信设备还存在较多不足之处，仍需进一步发展，未来主要将向着智能化、适应远海大潜深报警通信、提升艇内应急通信覆盖程度和提高离艇艇员个人报警通信能力的方向发展。

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[4]刘忠铭. 国外援潜救生装备体系及发展[J]. 舰船科学技术, 2011, 33(3): 135–140.

[5]鞠振河, 刘翠海. 浅析援潜救生通信体系存在的问题及对策[J]. 数字技术与应用, 2012(12): 13.

[6]Ultra Electronics Ocean System Inc. T-1630 SEPIRB[EB/OL]. (2005–12-13). http://www.ultra-os.com/images/pdf/sepirb.pdf.

[7]邹琦萍. 基于双扩展信道时空的水声通信算法[J]. 舰船科学技术, 2015, 37(5): 213–216.

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Current situation and development trend of emergency communication for rescuing submarine in danger

SUN Wei-hua, FEI Li, YE Fa-xin
(The 722 Research Institute of CSIC, Wuhan 430205, China)

As submarine usually navigates under water and there are complex situations under the sea and with the submarine itself, the submarine will be destroyed dramatically and the life of crew is threatened once it encounters danger. The powerful emergency communication is necessary to ensure the rescue of the submarine in danger being efficiently conducted. In this paper, the current emergency communication methods and equipments for rescuing submarine in danger are first analyzed. It is found that emergency buoy is adopted primarily to alarm and communicate externally and sound powered telephone is the main internal emergency communication equipment. Then, through analyzing the shortages of the current methods and the communication requirements of the submarine in danger, the future development trends of the submarine emergency communication are proposed.

submarine；emergency communication；rescue of submarine in danger；buoy

U674.761

A

1672–7619(2016)12–0016–04

10.3404/j.issn.1672–7619.2016.12.003

2016–04–15；

2016–06–28

孙卫华(1979–)，男，高级工程师，主要研究方向为舰船通信系统及无线通信技术。