水下通信技术

朱琳

摘要：无论是从国防角度，还是从科学研究角度，海洋都是非常重要的开拓对象。如今，对于水下通信技术的要求越来越高。文中，主要就对当前的水下通信技术进行了介绍，希望为未来水下通信技术的发展提供借鉴。

关键词：水下通信技术;海洋;无线通信技术

一：背景及意义

在现代海战中，窃听水底的空管听声器，潜艇越来越显示出它们的威慑力。但潜艇也面临一个大问题：如何在水下有效沟通。水下通信技术的不断完善，使潜水艇和在水下工作的人员能够更好的和天空中的飞机，陆地上指挥部乃至卫星取得联系，同时也加强了国防的建设力量，便于人们对水下的世界有更好的认知。

二：成果及优缺点

（1）AT&T公司1988年安装了第一个越洋光纤通信系统在大西洋，将英国，法国与美国连接起来。到1991年，敷设了第二代越洋光纤通信系统，其降低了光纤损耗且提高了接收机的灵敏度。1994年，安装了第三代水下光纤通信系统其使水下传输距离加大。

（2）无线电波在海水中传播，消耗大量能量，传播距离短。且不能满足远距离水下组网的要求，只能实现短距离的高速通信。

（3）水下激光通信需要线性准直传输，通信距离短，水的清晰度会影响通信质量，制约了其在水下网络中的应用。因此，它适用于近距离、高速的数据传输。

（4）在水下工作时，合理使用无线通信技术，不仅可以降低工作的生产成本，还可以通过无线通信技术的网络系统实现水下环境监测功能。然而，由于一些延迟，信息可能无法及时传输，水下无线通信需要大量的资金和资源。

（5）从1970年代到1980年代中期，美国完成了技术方案和设计的主要技术要求水下蓝色和绿色激光通信，随后完成概念验证实验，证明了蓝色和绿色激光可以交流通常在严酷的条件下如浑浊的海水。第一次是在1981年，论证了在圣迭戈海上空建立空对地远距离通信链路的可行性。第二次是在1985年，在加州圣迭戈附近，它证明了星地远距离通信链路是可行的。第三次是在1986年，将蓝绿激光通信领域扩展到极地地区。

（6）水下无线电磁波通信是以水为传输介质，以不同频率的电磁波为载体来传输语言、文字、数据、指令、图像等信息的通信技术。但由于海水衰减作用强，主要用于小水深的长距离水下通信。

（7）水下无线光通信是一种利用蓝绿色波长光进行的水下无线光通信。信息承载能力强的优点，高工作频率的光波，大容量无线通信链路数据传输能力强、不受盐度、温度、电磁和海水的核辐射，强大的抗干扰、抗截获、抗破坏能力，狭窄的波束宽度和良好的方向性的光波，从而有效地避免敌人的检测。其缺点是光损耗大，容易干扰通信，方向性强，需要知道水下目标的大致位置，以便向其发送信息。

（8） 1945年，美国研制出世界上第一套水声通信系统。它是水下无线介质和水下目标间远距离通信的一种手段。其缺点是传输速率低、传输延迟长、可用带宽有限、体积大、功耗高、成本高、易受环境干扰。

（9）水下中微子通信是利用中微子基石粒子携带信息进行通信的一种传输技术。其优点包括不易被发现、干扰、截获和破坏;不污染环境;不受电磁干扰和核爆炸辐射影响;沟通能力大;良好的保密;强大的抗干扰能力。1984年，美国的一艘核潜艇在进行水下全球潜水时使用了中微子通信，并确保了正常的接触。缺点是很难探测到中微子;发射器上的加速器体积大，体型高;实际通信中需要的中微子数量较大，现有的质子同步加速器远远不能满足要求;此外，用来控制中微子发射方向的偏导器也很大。

（10）引力波通信是利用引力波来传递信号的一种通信方式，但目前只有引力波的作用尚未被成功观测到。另外，引力波相对较弱，探测和接收难度较大。

（11）水下量子通信处于刚起步阶段，且现在的通信距离无法达到要求，面临技术和设备上的困难。

（12）中长波水下通信优势：抗干扰能力强;高通信频率;低功耗;高安全系数;但仍有数据灵敏度不高等不足。

（13）美国是最早开展水下长距离数字声通信技术的国家。

（14）CSD技术：是为了解决潜艇高航速和大深度条件下的通信问题。最先提出对于CSD技术的要求的是以美国为首的西方军事发达国。

（15）潛艇离舷通信技术是利用处于水面或近水面状态的浮标或天线等装置实现水下潜艇通信，其特点是可以能够更好的利用卫星。

（16）在2000年5月，美国海军通过与无线电通信相结合的水声通信和水下网络技术完成了历史上第一次在潜航状态下潜艇发送文件的演示实验。

（17）长波通信其好处为可靠性高;受昼夜，季节，气候条件影响较小;而且可以使用的波长很长，穿透海水的能力强是其最主要的特点。但其缺点是造价高;容量小;传输效率低。

（18）水下激光PPM系统同步技术的功率和带宽利用率较高，可以有效控制海水的高衰减作用。

（19）对于水下导航，引导定位，探测，蛙人水下语音通信技术起到了重要的作用。对于水下语音通信技术的研究，国外相对较早，主要采取的方式是单边带调制，但其缺点是蛙人讲话时产生的声音会影响到接收语音的清晰程度。

（20）水下无线磁感应通信技术可以在水下环境中进行无线信息的传输，磁场信号的水下介质穿透能力很好。在水下环境中无线磁感应通信具有稳定的信道状态，其原因是因为在水下传输介质的磁导率几乎一致。且其通信的可靠性较好。

三：综合

综合以上研究发现，水下通信系统在水下作业，海洋监测，水下勘测等领域的应用，推进了我国各个方面的发展，且数据通信，水下控制，协同作战的配合，以及图像传输都离不开水下通信。但在水下传输速率，传输距离，传输带宽等方面，还有改进的余地。另外，水下通信设备的数量需要进一步减少，工作深度和器件的作用距离还需要提高。相信在未来，水下通信技术的工作距离将越来越深，造价将越来越廉价，使水下通信变成性价比较高的方式。

参考文献

[1] 何昫， 张德， 张峰，等. 水下通信技术现状及趋势[J]. 中国新通信， 2018， 20（8）：26.

[2] 钟山. 分析水下通信技术现状及趋势[J]. 信息周刊， 2019（11）：15.

[3] 易丛琴， 周汝雁. 水下无线光通信关键技术应用研究[J]. 通信技术， 2017， 50（10）：2202-2205.