水下通信技术最新发展动态研究

admin 2024-02-05 00:08:24 举报

水下通信技术最新发展动态研究与水下

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水下无线通信技术发展研究

京信通信技术(广州)有限公司

作为通信技术的一个重要分支，水下无线通信技术的发展也具有重要意义。水下无线通信技术在水下开发和探测，甚至水下军事领域都发挥着重要作用。目前，水下无线电的发展引起了世界各国特别是大国的广泛关注，成为各国提高水下作战能力的关键技术。本文主要作为分析和展望的出发点，讨论了水下无线电发展面临的相关问题。

关键词：无线通信；水下；低频；技术

海洋占整个地球面积的70%以上，蕴藏着丰富的资源。由于人类几千年来对颅底资源的过度开采。海洋逐渐成为人类未来生存和发展的空间，在整个国家的利益、安全和发展中占据着非常重要的地位。作为通信技术的重要组成部分，水下无线通信的地位不可低估。因为水下通信可以为我们开发和监控水下甚至军事行动提供极大的便利，所以各国都在努力发展水下无线通信技术。

1.水下无线通信技术发展的基本状况

树下通信通常是指水下物体与水生实体之间的无线通信，或者水下物体之间的相互通信，而通信通常发生在淡水或海水中，这与空间和陆地通信有关。水下通信可分为水下无线通信和水下有线通信。我们可以把水下无线通信细化为电磁波和非电磁波。作者简要介绍了以下两种方法。

1.1水下无线电磁波

它是一种以水为传输介质，通过不同频率的电磁波传输文字、语言、图像等相关指令的通信技术。这里所指的电磁波是一种横波波段，其频率与在电阻导体中的穿透深度有直接关系。所以在实际传输过程中，频率越高，其衰减程度越大，最终其穿透深度受到很大影响。反之，频率越低，其衰减越小，穿透深度越大。因为海水富含矿物质，是优秀的导体，有很强的皮肤效应。因此，电磁波在海水中传播时可能会受到很大影响。原本在陆地上使用的微波、中波、短波无线电信号，在海水中会表现出很强的衰减，甚至根本无法传输。因此，目前我们的水下无线电传输采用三个频段：极低频、超低频和低频。实验表明，这三个波段在水下具有很高的稳定性，对于小深度的水下通信具有很高的优势。

1.2水声通信

我们所说的水声通信是指声波作为载体在水中传播。目前，这是实现我们水下目标之间中远程通信的唯一手段。目前，声波在海面附近的传播速度比电磁波在真空中的传播速度低5个数量级。声波和电磁波相比，是机械振动产生的，是纵波，所以在海水中的衰减程度要小得多。通常声波在海水中的传播距离可以达到几十公里甚至更长。通过研究结果发现，声波在海水中的传播距离甚至可以达到几百公里的低频(以下)。即使是的，海水中频率的衰减也控制在。因此，可以说水声通信是目前最成熟的水下通信方式，具有很强的发展前景。

水声通信的工作原理是将文字、语言甚至图像等待传输的信息转换成电信号，然后用编码器进行数字编码，再通过水政转换器将数字信息转换成声信号。声信号在海水中传输，最后在上述步骤中恢复。最后还原成原来的语言、文字、图像。

水下通信技术最新发展动态研究与水下

水下无线通信技术的未来发展方向和趋势

目前我们的无线电磁波通信方式对水下海水的穿透力非常有限。

而且数据传输速度很低，使用电磁波通信的成本也很高，在传输过程中也容易受到各种因素甚至敌人的攻击。目前，水声通信是实现水下目标间通信的唯一途径。但是由于多径效应、多普勒效应和海水吸收等相关因素，水声信道的传输距离只能是近程忠诚的，自身的传输速度也非常有限。虽然今年水声通信的相关技术发展迅速，但与长距离、大容量、实时的信息传输相比，仍然无能为力。因此，在积极发展水声通信和无线电磁波通信技术的前提下，继续和扭转新通信技术的研究和发展已成为必然趋势。

2.1水下无线光通信

通过研究发现，波长在0.45-0.55微米之间的蓝绿色光纤在海水中的衰减程度比其他光波更有效，这意味着海水中存在蓝绿色光传输窗口。后来经过大量的实验研究，发现在垂直进水的前提下，上述蓝绿光可以穿透深层海水，并且在过程中衰减控制在10%以内。穿透深度已经远远超过了全世界潜艇潜水的深度。在这种背景下，美国于1979年率先提出了利用微米蓝绿激光畸形与潜艇通信的设想。

水下无线光通信是指蓝绿色波长光的树下无线光通信。与水声通信和无线电磁波通信技术相比，该装置的优势主要体现在以下几个方面：一是频率较高，可以承载更多的信息，因此可以构建大容量的无线链路；其次，它具有很强的数据传输能力，可以提供Gb/s的数据传输速度，可以传输数据、图像和语音信号；第三，它的传输不会受到海水温度、学习、核辐射和电磁波的影响，必须具有很强的抗截获和抗干扰能力；第四，光波束宽窄，方向性好，可以避免被敌人发现。2010年2月，伍兹霍尔海洋研究所在100米范围内实现了高达10 ~ (-1)的水下光通信速率，但目前商用水下光通信技术还不成熟。

2.2水下中微子通信

中微子通信是利用中微子基石粒子携带信息进行通信的传输技术。中微子是原子核中的质子或中子衰变时产生的，存在于光、宇宙射线、地球大气层和岩石的撞击中。中微子质量极小，几乎为零，比电子质量小近10个数量级。同时，中微子没有电荷，是尺寸小而稳定的中性基本粒子。中微子粒子束有两个特征。第一，只参与原子核衰变时的弱相互作用力，不参与电磁力、引力与中子、质子之间的强相互作用力。它和其他粒子之间没有约束力。它在固体中不受阻碍地运动，损耗很小，穿透力很强。它能以类似于光的速度直线传播，传播过程中没有折射、反射和散射，几乎没有衰减，容易穿透钢铁和海水。第二，中微子粒子束通过海水时，会产生光电效应，发出微弱的蓝光，衰减很小。

3.C

随着全球对海洋的关注，水下无线通信的重要性日益突出。目前，水下无线通信仍然面临着水下通信距离短、通信容量小、传输速度慢的问题，不能完全实现双向现实。沟通等问题。然而，随着信息技术的发展和通信设备的研发，相信水下无线通信技术将会逐步完善和提高，为水下资源开发和水下军事斗争提供强有力的通信保障。

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美军水下通信技术发展现状及展望

一、水下通信的主要方式

水声通信以声波为传输载体，经过几十年的发展，其性能已经趋于稳定。目前美军在役水声通信设备的声传输速度约为1500 m/s，传输距离可达数公里，但传输速度只能达到千比特/s (kb/s)量级，易受水温、水压、盐度、多普勒效应、水下噪声等多种因素影响。所以只能传输语音信号，完全不能适应复杂的战场情况，容易被敌方声纳侦察设备探测到。目前，

水下光通信以可见光为载体，在水声通信的基础上提高了传输速率。目前美军已经在一些无人作战单元上安装了短程光通信终端，可以达到每秒兆比特(Mb/s)的数量级，传输距离可以达到100米左右，适合水下编队的点对点传输和组网。其缺点是容易受到光散射和背景光污染的影响，光源容易被敌人的视觉侦察手段探测到，因此通信隐蔽性差，但信号难以破译。

水下微波通信以电磁波为载体，最初是为了在水下单位浮出水面后与预警飞机和卫星通信而设计的。在水下使用时，其性能和参数与光通信相似，受传输介质和多径效应的影响。其传输距离约10米，传输速率可达兆位/秒量级，通信隐蔽性优于光通信。通常用于水上通信，与水面接力通信。

磁感应通信是近两年研究的一种新的通信方式，它利用磁场作为载体，通过改变磁场强度来传输信息，兼顾了光通信和电磁波通信的优点。其传输距离可达100米，速度可达兆位/秒量级，隐蔽性强。现有检测设备的准确性难以发现，受到美国国家自然科学基金的高度重视。

二、主要进展

受复杂水文环境的影响，水下军事通信系统主要面临三大问题：水下通信速率、水下通信隐蔽性和水下与水面互联。围绕这三个问题，美军进行了一系列卓有成效的研究。

水下通信速率方面，美国海军现役装备中水声通信、光通信、微波通信的传输速率无法超越，战场高清视频等大容量数据无法传输。目前，为了提高水下通信速率，美国进行的研究主要集中在采用衰减更低、信道编码更先进的蓝绿光通信、正交载波复用、分布式数据传输和协调。美国密歇根大学、斯坦福大学等大学的研究人员在实验室环境下，水下光通信速率已经达到约，使用协同降噪技术的水声通信速率可以达到约，微波通信速率可以达到，与有源设备相比是一个很大的进步。通过新的协议栈和链路设计，多单元组网和协作能力有了很大的提高。

在水下通信的隐蔽方面，水声通信和光通信的固有保密性较差，简单的声纳和成像侦察完全可以探测到目标，通信保密性能完全取决于通信加密本身。微波通信信号衰减大，只能在很小的范围内使用，保密性比较强。但是也限制了水下通信的使用，经常是在浮出水面的时候使用。磁感应通信具有固有的安全优势，在保证传输速率的同时极难被检测到，这是未来研究的重点

关于水下与水面的互联问题，目前美军现役的“俄亥俄”级潜艇使用的是水面微波通信或与水面浮标的中继通信。一年来，美国等国家在采用水面接力通信方式方面取得了快速发展，实现了水下作战部队与水面舰艇、飞机、卫星等之间的接力通信。通过拖曳式水面浮标或部署式水面浮标。水上传输速率可达，拖曳式光纤通信浮标水下传输速率可达，部署浮标水下光传输速率可达，均可支持编队组网协作。