火腿课堂潜艇在水中如何通讯？ 概述潜艇通信系统

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作者：背锅侠

来源：知乎

潜艇通信系统的基本组成：

不同类型的潜艇其通信系统都不例外地由综合内部通信系统和综合外部通信系统以及控制它们的中心分配控制系统组成， 潜艇通信包括以下几个方面。

(1)岸对潜通信。岸对潜的通信联络主要是用于从岸基广播站到潜人水中的各型潜艇的信息交换，这类通信联络由ELF／VLF/LF和舰队卫星通信系统提供。 (2)潜对岸通信。潜艇对岸基台站的通信联络电路是为支持潜艇到岸上指挥节点间的信息交换而建立的。通常使用附和卫星通信手段，并且均需采用突发方式。(3)舰对潜通信。舰艇对潜艇的通信联络，主要是为支持战斗群中的某一舰艇与直接支援战斗群作战的潜艇间的信息交换，较常使用潜艇数据链。因其基本上在近程线路上进行，所以可采用HF/VHF／UHF无线电路和卫星通信。(4)潜对舰通信。潜艇对舰艇的通信联络通常使用近程通信线路，支援潜艇到战斗群中某一舰艇间的信息交换，主要使用HF/VHF/UHF无线通信线路以及卫星通信。(5)飞机对潜通信。飞机对潜艇的通信联络，主要是为舰载机与直接支援战斗群作战的潜艇之间提供信息交换线路以确保其间的战术协同。(6)潜艇对飞机通信。潜艇对飞机的通信联络是为战斗群中的直接支援潜艇与舰载战斗巡逻机和观察监视飞机间提供信息交换，它类似于潜艇对舰艇的通信联络。使用HF/VHF/UHF近程、低截获率的通信线路。(7)潜艇对潜艇通信。潜艇对潜艇的通信联络，是通过HF/VHF/UHF无线电线路、卫星通信和声学电话直接为两艘潜艇之间提供信息交换线路。(8)潜艇作战及遇险网。这个通信网主要用于在作战指挥机关、潜艇和有关舰艇之间交换作战信息，它主要使用HF和UHF频段。

潜艇通讯系统的主要通讯方式： 一 VIJF无线电通信VLF频段通常规定在3-30M仓之间，一般认为这个频段的无线电信号可以在水下15m以内的深度接收到。大多数潜艇常装有两种天线来接收VLF信号。第一种是使用很长的拖曳天线，如美国海军使用的拖曳天线长度为500m左右。第二种天线是装在塑料浮标上的环状天线，塑料浮标由低速航行的潜艇在其工作深度放出。虽然这样做可减小潜艇被无线电侦察设备探测到的概率，但是这种天线在水中移动时会产生振动而发出声信号，会被声呐设备探测到；当塑料浮标非常贴近水面，也易被敌人从空中观测到。岸基VLF发射天线非常庞大，按四分之一波长计算其长度也在2.5～25km范围内。显然体积十分庞大，造价极为昂贵，而且易遭受攻击而损坏，但它仍不失为当前比较好的对潜通讯手段之一。因此，一些军事大国都不惜花费巨额资金建立这类VLF发射台。二 ELF无线电通讯ELF频段被定义在3KHz以下的频率范围内，潜艇能在100m的深度上接收ELF无线电信号。据悉，若采用先进接收设备和天线，还可使潜艇在400m的深度上接收到该频段信号。使用ELF频段进行对潜通讯还有抗干扰能力较强和·受核爆炸影响小的优点，因此它比较适合于弹道导弹核潜艇通讯。使用这个频段进行对潜通讯存在两个主要问题。第一是信息传输能力低。美国海军在70年代建立的“海员”系统，其信息传输速率每分钟只能传送10bit左右的信息。以后提出的“紧缩”ELF系统，据说需要15min才能传送一个三字符组。但是据称采用高度压缩的代码后，可用三字苻码组发送更多的报文。第二问题是陆基天线占地面积大，长度最短也要数十公里。为了充分利用这个频段穿透海水的能力，实现潜艇在几百米的水下接收信号。在1958年美国便开始实施“桑格文”计划，历时30多年，计划几经变更，最后终于建成一个ELF对潜通讯系统并投入使用。它使潜艇能以最佳深度和速度航行时，在几百米的水下接收预先拟好的低速报文，通讯距离可达几千海里。其确定是不能发送复杂的核控制指令（紧急行动报文）到舰队弹道导弹核潜艇。如果要发送这种报文，只能选用ELF信号通知潜艇上浮到水下声呐层以上，然后用VLF发送报文。除此之外，由于岸站目标太大，易遭到攻击破坏的危险也是明显的。三 机载对潜中继通讯系统上述两种对潜通讯系统均属于陆基固定通讯设施，它们体积庞大，特别是天线系统，极难采用隐蔽措施，极易被敌人发现和遭到攻击摧毁。为了保证与战略核潜艇的联络，还可以使用一种具有较高生存能力的机载VLF通讯系统。例如，美国所谓的“塔卡木（TACAMO）”机载中继通讯系统就属于此类。该系统全套设备装在大型运输机EC－130Q的无线电设备舱内，基本组成有VLF，LF，HF和SHF通讯设备。VLF通讯采用一台200kW发信机和一根约10Km的拖曳天线，天线端部带一具稳定伞。需要发射信号时，飞机沿小半径圆圈连续飞行，使天线的垂直方向有效长度达到实际长度的70％。当陆基固定VLF通讯发射台被摧毁时，则保证在任何时候都能有一架或多架这种飞机处于巡航状态和时刻准备转发发往战略核潜艇的报文。四 潜艇HF/VHF/UHF通讯潜艇的生存能力完全维系于自身的隐蔽性上，潜艇在海上一旦被敌人水面舰艇或飞机发现便很难逃脱被攻击的厄运。为了安全，潜艇原则上要尽量少发射或不发射任何无线电波。目前比较有效的办法是尽量缩短通讯时间和提高信息传输速率，无线电波在空中总的发射时间限制在无线电侦察定位系统的反应时间内。比如：完成一次通讯时间只有0.08s，这使敌人的定位系统来不及对无线电波信号的存在做出反应。五 UHF/SHF/EHF卫星通讯由于卫星通讯的许多优点，特别是它的全天候通讯能力，使它成为潜艇通讯的一种主要手段。现在，大多数潜艇都在升降桅杆上装有卫星通讯天线，这种天线能在潜艇贴近水面或在潜望镜深度航行时使用，在一定程度上增加了敌方的侦察探测难度。六、对潜通信浮标对潜通信浮标是指在与潜艇进行通信时，可利用飞机或水面舰艇向潜艇投放的通信浮标。例如，为了向水下潜艇发送电报，可将通信浮标装在标准声呐浮标内由飞机投放或从水面舰艇投入水中。预先拟好的报文(最多出四组三字符电码组成)，利用一个按钮开关输入到浮标中。浮标入水时，在水面附近完成第一次发送电报工作，然后下降到预定深度第二次发送电报，在同一深度停留5min后再发送一次电报，然后沉没c从浮标入水到沉没全部过程约持续17min。潜艇向外(岸基、水面舰艇或飞机)通信时，可由潜艇发射通信浮标，如需发送的信息对实时性要求不高时，可使用一种装有盒式录音机和无线电发射机的浮标从水下潜艇发射出去。在其上浮到水面后，经过15-60min的设定时延将预先拟好的电文(最长4min)发射出去，经1h的延迟后再重发一次。设定这样的时间是为了潜艇的隐蔽。七、蓝绿激光对潜通信早在70年代初，美国海军就开始利用海水的这个所谓蓝绿光“窗口”为潜艇通信开辟新的途径。据悉，一些主要技术难关目前已全部解决，应用前景比较乐观，只是还存在一些实现上的问题。对潜蓝绿激光通信是指利用在海水低损耗窗口波长上的篮绿激光，通过卫星或飞机与深水中潜行潜艇的通信，也包括水面舰只与潜艇之间的通信。一般来讲，蓝绿激光对潜通信系统可分为陆基、天基和空基三种方案：（1）陆基系统。由陆上基地台发出强脉冲激光束，经卫星上的反射镜，将激光束反射至所需照射的海域，实现与水下潜艇的通信。这种方式可通过星载反射镜扩束成宽光束，实现一个相当大范围内的通信；也可以控制成窄光束，以扫描方式通信。这种方案灵活，通信距离远，可用于全球范围内光束所能照射到的海域，通信速率也高，不容易被敌人截获，安全、隐蔽性好，但实现难度大。（2）天基系统。与陆基方案不同的是，把大功率激光器置于卫星上完成上述通信功能，地面通过电通信系统对星上设备实施控制和联络。还可以借助一颗卫星与另一颗卫星的星际之间的通信，让位置最佳的一颗卫星实现与指定海域的潜艇通信。这种方亨不论是隐蔽性还是有效性都是不容置疑的，应该说它是激光对潜通信的最佳体制，当然实现的难度也很大。（3）空基系统。将大功率激光器置于飞机上，飞机飞越预定海域时，激光束以一定形状的波束（如15Km长1Km宽的矩形）扫过目标海域，完成对水下潜艇的广播式通讯。如果飞机高度为10Km，以300m/s速度飞过潜艇上空时，激光束将在海面上扫过一条15Km宽的照射带。在飞机一次飞过潜艇上空的约3秒的时间内，可完成40～80个汉字符号的信息量的通讯。这种方法实现起来较为容易，在条件成熟时，这种办法很容易升级至天基系统之中。激光通信的优点是：穿透海水能力强，可实现与下潜400m以上的潜艇通信；工作频率高(10<12>-10<14>Hz)，通信频带宽，数据传输能力强；波束宽度窄，方向性好；设备轻小；抗截获、抗干扰、抗毁能力强；不受电磁以及核辐射的影响。但是，由于这种通信方式使用经大气传播的光波，在大气中会引起光散射，造成信号的衰减。十 现代（SSB）调幅水声通信其技术核心是：水声通信信号(话音、电报)的传输采用单边带(SSB)调幅技术。水声通信往往都是单程传输信号，传播损失比主动声呐小得多，最大通信距离可达约100n mile。发信机把从用户终端送来的话音或电报信号(300-3000Hz或800Hz单音)和一个8．078kHz的载波混频后，只留下上边声带经换能器送出。鉴于战略核潜艇以及常规潜艇在现代以及未来战争中的重要作用，迫切希望为其提供更多优良的通信手段。从目前发展情况分析，水声通信很可能成为一种有前途的对潜通信手段。近期的研究表明，在海下600一2000m之间有一声道，声波在该声道中可传输到数干公里之外，其传播方式与光波在光波导内的传播类似。现代潜艇的下潜深度一般为250一400m，而未来潜艇的潜深达1000m将是普遍的。因此，这种通信方式将成为一种有前途的对潜通信方式。对潜艇通信常用的几种通恬浮标附加介绍：一、综合通信浮标这是一种用玻璃钢做的新型通信浮标，可由潜艇遥控。浮标内装有四通道的短波发信机和超短波发信机，用来向指挥中心发送信息，报告有关军事情报；另外还装备超长波前置放大器，用来放大指挥部门发给潜艇的微弱信号；在浮标上还装有与海水绝缘的各波段收、发天线，以提高通信性能。这种浮标通常用几百米长的电缆和潜艇的控制台连接，潜艇的通信控制台可以通过电缆遥控浮标上的各种通信设备。潜艇内装有电缆绞盘，通信时把浮标放出海面，不用时用绞盘快速收回浮标。二、高速曳航浮标当潜艇在水下高速航行时，一般通信浮标受到海水的阻力很大，稳定性也比较差，只能在潜艇处于潜伏状态下使用。这不仅影响了潜艇的机动性，而且容易被敌方发现。为此，设计出了适应潜艇高速潜航时使用的曳航通信浮标。这种浮标由一个流线型玻璃钢外壳和可以折叠的天线组成。浮标尾部带有昆翼，它包括一个水平舵和一个垂直舵，形似一架倒悬的飞机，有很好的水动力特性和拖曳航行性能。它可以贴近水面随潜艇高速航行，能保障潜艇在快速潜航时实现对外通信。三、应急通信浮标这是一种用于潜艇遇险救生、发射报警信号的通信浮标。当潜艇一旦遇难而陷入危险状态时，可以立即放出这种浮标，向水面舰艇发出求救信号。通常，浮标内装有短波信标、氖灯信号器和水声定位信号发生器等各种报警通信装置。水面舰艇收到应急浮标发出的各种求救报警信号后，即可根据水声定位信号迅速确定遇难潜艇方位，立即快速前往抢救。四、消耗型无线电浮标为了使潜艇不必到浅水处进行通信，有时还使用被称之为消耗型的无线电浮标，浮标内装有一部无线电发射机和预编好程序的报文。在潜艇下潜时它可以弹出并浮至水面，天线能马上或在设定的延迟时间之后竖立起来进行通信。通信结束后，浮标自动引爆并下沉。这种装置可向潜艇提供有效的发射手段而不限制潜艇作战的机动性，可用于除VLF和LF以外的任一频段。虽然在其发射信号时有可能被敌方的测向系统探测到，但是发射前的设定延时使潜艇可以在浮标位置被测出之前就已远离这一地点。五、潜艇卫星终端浮标现代新型潜艇都尽量配备卫星通信设备，潜艇卫星终端可装在一个特殊的浮标内。潜艇通过浮标天线，向通信卫星定向发射信息，通信卫星再把信息放大转发给地面站、水面舰艇或飞机。同样，这种浮标也可以接收通信卫星转发来的信息，然后由潜艇计算机进行信息处理。这种通信方式速度快、容量大、方向性强、保密性能好，敌方难于察觉潜艇的行踪。

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谈谈堪称绝对高科技的蓝绿激光对潜通信

对潜艇通信一直是一个世界级的难题，因为要同时确保潜艇本身的隐蔽性和通信的超地平线和超远距离，并且还要确保通信的不受干扰和绝对可靠。因为这种通信包含的信息可能是发射核弹的命令，如果出现差错引发不可挽回的核战争，那么谁也负不起这个历史责任。因此超长波通信几乎是目前最可靠的对深海潜艇通信的模式，不过超长波通信本身的问题也很大，这就是陆地通信台的设备设施庞大，仅仅天线就有几十上百公里，如此大范围的非隐蔽目标，在未来核大战中肯定是被第一轮就抹平的重点目标；而且这种地面发射台耗电功率巨大，以几十万千瓦的电力支撑一个发射台。一旦启动对几千公里内的正常的无线电通信都有干扰。而超长波电台的发送信息的效率更是低到吓人的程度，

1个小时发送不完一个长单词。如果发生核大战，一个命令还没发完，也许超长波电台本身已经不存在了。于是各大国水下的核潜艇，除了接受超长波电台的命令，还要定期收听中短波的广播和报时，就是防止万一本国被毁而不知道情况发生了变化。这些方式其实都是非常原始的。那么有没有一种对潜通信方式，既高速又高效而且安全性还相对很高呢？蓝绿激光通信就是最有前途的一种。蓝绿激光通信的优点是：穿透海水能力强，可实现与下潜400米到600米的的潜艇直接通信；这比超长波最多能穿透150米深的海水的能力强几倍。激光通信频带宽，数据传输能力强；波束宽度窄，方向性好；设备轻小；抗截获、抗干扰、抗毁能力强；不受电磁以及核辐射的影响。但是，由于这种通信方式，

使用经大气传播的光波，在大气中会引起光散射，造成信号的衰减。但是这种衰减是可以在承受范围之内的。蓝绿色本身可以代表0和1，这样就可以高速传递任何数字信号。毕竟对包括电脑在内的任何数字设备来说，只要区别0和1就可以高速传递任何内容和画面。如果派出一架飞机，携带激光器。从潜艇上空飞过，如果飞机高度为10公里，以亚音速的速度飞过潜艇上空时，激光束将在海面上扫过一条15公里宽的照射带。在飞机一次飞过潜艇上空的约3秒的时间内，可完成40到80个单词的信息量的通信。比长波电台的信息传递速度快了几个数量级，而且穿透性和更强。这种方法实现起来较为容易，在条件成熟时，这种办法很容易升级至天基系统之中。用卫星可以更大范围和更高效地实现对潜艇的高速通信。

如果担心飞机对某海区的激光通信可能暴露该海域有本方潜艇，那么可以用卫星，对大范围的海域反复加密扫描，这样对手也不知道具体那一片海水里有潜艇。奋斗者号在万米以下实现了高速数据传输，有可能是激光水下通信的彻底突破之一。

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