短波通信技術在潛艇通信中的應用范文

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一、概述

潛艇利用水層掩護進行隱蔽活動和對敵方實施突然襲擊，有較大的自給力、續航力和作戰半徑，可遠離基地，在較長時間和較大海洋區域甚至深入敵方海區獨立作戰，對海上和陸上目標有較強的攻擊能力，它能夠潛行在大洋深處，出其不意地對敵實施核打擊，擔負著重要的軍事戰略和戰術任務。然而，潛艇的這種隱蔽性是一把“雙刃劍”，它既能有效地躲避敵方各種偵察手段的探測，同時也造成自身與岸基指揮所之間通信的困難。

與指揮單位建立安全可靠而及時的通信連接是潛艇完成任務的重要前提，所以潛艇的通信系統是保證潛艇作戰能力重要組成部分。如美國海軍的E-6戰略對潛指揮機研制意圖就是“世界末日戰爭”時能夠扮演國家最高指揮當局的“信使”，確保海軍導彈核潛艇在美國本土遭受核打擊的情況下仍能完成對敵核反擊任務。

二、潛艇通信的現狀

潛艇的通信手段主要分為:無線電通信，水聲通信，光通信。

無線電通信按照不同的通信頻率又分為:ELF(＜3kHz)極低頻通信、VLF(3～30kHz)甚低頻通信、HF/VHF/UHF(3～3000MHz)高頻通信、SHF/EHF(0.3～3000GHz)衛星通信。

目前較關注的幾個潛艇通信系統有:

1.美國海軍抗毀戰略通信系統

英文縮寫為“塔卡莫”(TACAMO)，由于其作用是通信中繼，因此也被稱為“受領任務并開始行動”(TakeChargeandMoveOut)系統。

它設有甚低頻接收發信系統，高頻、特高頻接收發信系統、調制解調器和控制器，信息處理系統、通信保密系統、內部通信及輔助控制和監視設備等，可以接收到總統使用的國家緊急空中指揮所和其他空中指揮所發出的甚低頻上行線路信號，高頻收發信機則提供附加的空對空和空中與地面通信能力。在特高頻頻段內，可與空軍衛星通信系統和艦隊衛星通信系統連通，并接收來自緊急火箭通信系統的信息。下行線路信息被送到發信機終端進行加密和抗干擾處理。功率放大器和天線耦合器將發射信號放大到200千瓦以上，然后將信號自動調諧到雙拖曳天線上，雙拖曳天線由長、短拖曳組成，長天線約長10000米(一般放出5500米就能滿足要求)，短天線長約1500米，為了保證發射出去能達到平直的要求，在長短天線的端點均裝有錐體物。

2.激光對潛(SLC)通信系統

激光對潛通信系統是以藍綠頻譜光波發送信息的星載激光通信系統，利用藍綠可見光譜中有一個區域，其在海水中的衰減比別的區域要小60～80分貝。首先使點光束對準有關航區，便可把選擇的信息傳送給指定海域內的攻擊性潛艇。根據隱藏需要，點光束可大可小，數據的傳輸速率可快可慢。小的點光束和高能信號脈沖常使用于戰術環境要求，而擔任戰略任務的潛艇，如核動力彈道導彈潛艇其隱蔽性和接收信息能力都是頭等重要的，因此光束要大一些，接收機的性能要求高，而數據的傳送速率則不要求太高。SLC系統的突出優點是它能有選擇地與潛艇進行實時通信，而且數據率高、抗干擾能力強。

3.一定深度和航速下的通信系統

美軍研制的“一定深度和航速下進行通信的系統”(CommunicationsatSpeedandDepth，簡稱CSD)是全球信息柵格一體化系統的一個組成部分。通過該系統，潛艇處于作戰勤務狀態，以一定速度和深度航行的時候就可以借由互聯網協議(InternetProtocol)式通信和特遣部隊指揮官以及海軍艦隊的其它部分鏈結上。這項新能力將大大提高潛艇作戰的戰術靈活度和潛艇本身的生存能力。很多時候，潛艇為了通信而上浮，增加了被探測到的可能性，也可能失去了對一個重要目標的跟蹤監視。而CSD系統的價值在于，潛艇可以在不中斷任務或者上浮到一定深度的情況下進行通信。該系統利用非系留式浮標可以將潛艇和銥星衛星網絡鏈結起來，并與飛機進行視距范圍內的超高頻鏈結。該浮標裝在一個發射套件中，并通過潛艇的垃圾處理單元發射出去，它通過水下聲學通信裝置與潛艇聲納系統相鏈結，在潛艇和浮標之間進行雙向、近程通信，也可以使潛艇進行單向、遠程通信，接收來自指揮機構的廣播信息。CSD系統包括了潛艇內的控制設備:浮標接口單元、銥星數據和調制解調整器控制器以及網絡入口，這些設備的作用是將潛艇與全球信息柵格進行整合。

三、潛艇通信面臨的問題

從上述的潛艇通信系統來看，我們可以發現潛艇通信存在以下幾個難點:由于光通信受環境(如云、霧、海水、太陽光等)對激光傳播形式和方向的影響較大，且隨著反衛星武器的日益發展，機載或者衛星光通信在最高級戰爭中的可靠性并不算高。

利用無線電超長波信號或極長波信號通信時，由于接收和發射此類信號的天線體積巨大，若要實現雙向通信，潛艇上需裝載的發信機功率遠超過潛艇的設計能力，所以多數情況下只能進行單向非實時通信，在岸基建設大型的通信臺對潛艇發送指令，潛艇利用拖曳天線或者裝在塑料浮標上的環形天線來接收指令。且利用該波段進行通信還存在信息傳輸能力低、岸基巨大、易被攻擊等缺點。

潛艇在水面和潛望狀態航行時，一般采用短波通信(波長為10米至100米)進行信息傳輸。短波通信利用電離層反射或者地波傳輸，無需其他中繼設備，是潛艇與岸基指揮所聯絡的主要方式，可實現雙向通信。由于電離層難以被破壞，且地波沿地球表面傳播，其傳播距離取決于地表介質特性，而海面介質的電導特性對于電波傳播最為有利，所以非常適合于潛艇通信。目前潛艇短波通信主要是利用桅桿天線，但是由于潛艇用短波進行遠距離通信時必須使用大功率發射機，其發射信號易被敵方截獲破譯，進而測出潛艇的位置，使其遭受危險;同時露出水面的桅桿天線仍然有被敵方雷達探測到的可能，所以潛艇向外界發報是受到嚴格控制的。

由于短波通信必須把發射天線伸出水面才能正常工作，但是潛艇的升降天線裝置長度有限，為了解決升降天線短的問題，還可以采用浮標天線或浮力天線，即把天線通過一根長長的繩索施放到水面或接近水面的地方，這樣潛艇在水下一定深度也可發射信號，有利于提供潛艇的隱蔽性。

四、潛用短波通信主要技術手段

為提高潛艇通信安全性，減少信號在空中暴露時間很重要，以下幾種技術值得研究:

1.同步通信技術

同步通信系統通過時統設備提供的時間信息和秒脈沖，可實現各同步通信系統時間精確同步。

采用時統設備后，由于收/發雙方時間校準，空閑時各站間通信設備用與時間信息相關的頻率組同步掃描，實現報文信息快速自動收發，信號暴露時間短，有利于通信保密、防止人為干擾、提高數據通信可靠性。

2.窄帶高速技術

短波信道因其衰落和多徑干擾，使得數據誤碼率增高，在短波數據傳輸系統中采用編碼和差錯控制技術后，可使接收端具有檢測和糾正信息錯誤部分的能力。

LDPC編碼技術是具有較低的譯碼復雜度和逼近香農限的通信抗干擾新技術，是近年來糾錯編碼技術領域取得的最重要成果。LDPC碼是一類可以用非常稀疏的校驗矩陣或二分圖定義的線性分組糾錯碼，在采用基于置信傳播BP的迭代譯碼算法下具有非常高的抗干擾特性，在1/2碼率的不規則LDPC碼距離香農限僅為0.45dB。

LDPC的特點:LDPC在許多場合下性能優于turbo碼，具有較大靈活性和較低的差錯平底特性;描述簡單，對嚴格的理論分析具有可驗證性;譯碼復雜度低于turbo碼，并且可以實現完全的并行操作，便于硬件實現;吞吐量大，極具高速譯碼潛力;LDPC可以以最小的冗余代價改善整個系統的傳輸特性。

利用LDPC編碼、解碼技術，編碼增益比目前采用RS編碼加卷積碼的編碼方式性能提高大概2dB以上。

在調制解調方面，目前短波調制解調器基本采用FSK、PSK調制方式，適合于中低速數據傳輸;高速時由于受帶寬限制，FSK、PSK不再適合，為此引入QAM調制方式，在信道傳輸條件較好時提高數據傳輸速率，便于高速數據通信要求。

3.猝發通信技術

信號在空中暴露的時間越長，被敵方偵收的可能性越大。猝發通信是一種較新的反偵察技術，其特點是采用盡可能高的發信速率，在盡可能短的時間內工作，縮短信號駐留時間，利用出其不意的工作方式降低被偵察、測向的概率。猝發通信通過加快通信速度來減少信號的留空時間，從而降低敵方的偵收概率，增加敵方破譯的難度，而且也不易被敵方冒充和欺騙。所謂猝發通信技術是先將信息存儲起來，然后在某一瞬間以正常時10～100倍或更高速率猝發。一方面可使用較大的脈沖功率來抵御有意干擾，另一方面由于發射時間的隨機性和短暫性使偵收概率大大降低。猝發通信用于潛艇發射方式，可有效縮短信號在中暴露時間，有利于提高潛艇隱蔽性。

4.擴頻通信技術

通過擴頻技術和減少發射功率的辦法，把通信信號隱藏在噪聲中，而且只要對功率進行有效的調整，就可對波狀形的合成噪聲實施編碼和解碼，以實現通信過程。而對敵方來說，接收到的則是噪聲信號。作戰中采用這種通信方式，敵方截獲和探測的概率就大大降低，即使偵收到了，也很難對信號進行分析利用。同時，由于把通信信號淹沒在噪聲中，也自然地解決了電磁干擾的難題。

5.極低速通信

在電磁環境惡劣的環境條件下，采用較低的通信速率，一般為每秒幾十比特字節，保證最低限度的通信要求，適合于在緊急情況下傳送短報文。

五、結論

潛艇的通信具有重要的意義，是其完成戰斗巡航任務的前提和保障。但是由于運行位置的特殊性，目前潛艇短波通信的發展有兩個主要難題:水面隱蔽性和水下可通性，針對不同應用環境采取不同技術手段，在確保潛艇安全隱蔽條件下實現通信可靠。