水下无线通信技术发展研究

发表时间：2016-11-18T10:47:19.280Z 来源：《基层建设》2016年15期 作者： 冯进道

[导读] 摘要：作为通信技术的一个十分重要的分支，水下的无线通信技术的发展同样具有十分重要的意义，在水下的开发以及检测甚至在水下军事领域，水下无线通信技术都发或者十分重要作用。目前水下无线电的发展已经引起了世界各国尤其是大国的广泛重视，这已经成为各国间进行水下作战能力提升的关键技术。

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摘要：作为通信技术的一个十分重要的分支，水下的无线通信技术的发展同样具有十分重要的意义，在水下的开发以及检测甚至在水下军事领域，水下无线通信技术都发或者十分重要作用。目前水下无线电的发展已经引起了世界各国尤其是大国的广泛重视，这已经成为各国间进行水下作战能力提升的关键技术。文章主要一次作为出发点来进行分析和展望并且对于水下无线电发展面临的相关问题进行了相关探讨。

关键词：无线通信；水下；低频；技术

海洋占据了整个地球面积的70%以上，在海洋当中蕴含着非常丰富的各种资源。由于千百年以来人类对于颅底资源的过渡开采。海洋逐渐的成为了人类未来生存和发展过程当中后的空间，其在整个国家的利益、安全以及发展过程当昂中都占据这十分重要的地位。作为通信技术的一个重要的组成部分，水下无线通信的地位自然是不容小觑的，由于水下通信能够为我们进行水下的开发和监测乃至军事作战都能够提供极好的便利，各国目前都在争先进行水下无线通信技术的发展。 1.水下无线通信技术发展的基本现状

树下通信通常指水下的目标与水上实体之间的无线通信，或者水下目标之间的相互通信，而通信通常在淡水或者海水当中进行，其本身是相对于空间以及陆地的通信来说的。水下的通信我们又可以将其分为水下无线通信以及水下有线通信两种。而我们又可以将水下的无线通信在进行细化成为电磁波以及非电磁波两种方式，下面笔者就这两种方式进行简单阐述。 1.1水下无线电磁波

其本身是一种靠水来作为传输介质的通信方式，通过将频率不同的电磁波来将文字、语言、图像以及其他的相关指令进行传输的通信技术。这里指的电磁波是一种横向的波段，其频率与电阻导体中的穿透深度有着直接的关系，因此在实际的传输过程当中如果频率越高，其衰减的的程度也就越大，最终使得其穿透的深度也会受到较大的影响，而相反的如果频率越低，其衰减则相对要小很多，其穿透的深度也就更大。由于海水当中含有丰富的矿物质，因此其本身是优良的导体，而且具有较强的趋肤效应，因此电磁波在海水当中进行传输时可能会受到较大的影响，我们原本在陆地上应用率非常高的微波、中波以及短波无线电信号在海水当中会呈现出强烈的衰减甚至根本无法进行传输。因此目前我们在水下的无线电传输采用的是极低频、超低频以及低频三个频段来进行传输。通过实验证明，此三种波段在水下具有较高的稳定性，对于小深度的水下通信来说具有极高的优越性。 1.2水声通信

我们所指的水声通讯指的是采用声波为载体在水中进行传输，目前这也是我们水下的目标之间进行中、远距离的通讯实现的唯一手段。目前声波的传播速度在海面附近为1520m/s，与电磁波在真空当中的传输速率相比低了5个数量级。比起电磁波，声波的产生是由于机械的震动产生的，其本身是一种纵向的波，因此其在海水当中衰减的程度相比也小很多，通常声波在海水当中的传输距离可以达到几十公里甚至更长，通过研究结果发现，在较低频率（低于200Hz）之下，声波在海水当中的传输距离甚至可以达到数百公里。即便是20kHz的频率在海水当中的衰减也控制在3db/km。因此我们可以说，采用水声的通信方式是目前在水下最为成熟的一种通信的手段，而且其本身也有非常强的发展前景。

水声通信的工作原理是把文字、语言甚至图像等需要传输的信息转换成为电信号，随后再用编码机进行数字编码，然后在经过水政转换器将数字信息转化成声波信号。声波信号再在海水当中进行传输，最后在经过上述步骤的还原。最终还原成为最初的语言、文字以及图像。

水下无线通信技术未来发展的方向以及趋势

目前我们采用的无线电磁波通信方式在水下对于海水的穿透非常的有限。而且其本身进行数据传输的速来也非常的低，而且采用电磁波通信的成本也非常高，而且在传输的过程当中还容易遭受的各种因素的干扰甚至是敌方的攻击。目前，水声通信是实现水下目标之间通信的唯一方式，但是由于受到多径效应、多普勒效应以及海水吸收等相关因素的影响，目前水声通道传输的距离只能进行短程以及忠诚的传输，而且其自身传输的速度也非常的有限。今年来虽然水声通信的相关技术得到了较快速度的发展，但是相对于远距离以及大容量、实时性的信息传输来说，其仍然是无能为力。因此，在积极的发展水声通信以及无线电磁波通信技术的前提之下，继续及逆行新型的通信技术的研发已经成为一种必然的趋势。 2.1水下无线光通信

通过研究发现，在海水当中波长为0.45～0.55微米之间的蓝绿色的光纤在海水当中的衰减度比其他的光波药效的多，这水命在海水当中存在一个蓝绿光的透光的窗口。后来又经过大量的试验研究发现，垂直摄入的前提下，上述的蓝绿光能够穿透2000m深度的海水，在此过程当中其衰减度则控制到了10%之内。这个穿透的深度已经远远的超过了世界各国的潜艇所下潜的深度。在此背景之下，美国于1979年率先的提出了利用0.498微米的蓝绿色激光畸形对潜通信的设想。

进行水下的无线光通信指的是采用蓝绿波长的光来进行树下的无线光通信，与水声通信以及无线电磁波的通信技术相比，器所具有的优势主要在以下几个方面：第一，其频率更高，而且能够承载的信息量更大，可以进行大容量无线链路的建设；第二，其具有非常强的数据传输能力，能够提供Gb/s的数据传输速度，而且对于数据、图像以及语音等信号来进行传输；第三，其传输不会受到海水的温度、研读以及核辐射和电磁波的影响，就要有较强的抗截获以及抗干扰的能力；第四，光波的波束宽度窄，方向性好，能够避免 敌方的侦测。2010年2月，美国伍兹霍尔海洋研究所实现100m范围内，水下光通信速率达到10～20Mb/s的能力。然而，到目前为止，商用的水下光通信技术还不成熟。

2.2水下中微子通信

中微子通信是指利用中微子基石粒子携带信息进行通信的传输技术。中微子是原子核内的质子或中子发生衰变时产生的，大量存在于光、宇宙射线、地球大气层的撞击以及岩石中。中微子的质量极小，几乎为零，比电子的质量还要小近10个数量级。同时，中微子不带电荷，是一种体积极小且稳定的中性基本粒子。中微子粒子束具有两个特点，一是只参与原子核衰变时的弱相互作用力，并不参与电磁力、重力以及中子和质子结合的强相互作用力，与其他粒子之间没有什么牵制的作用力，在固体中运动不受阻挡，损耗非常小，具有极强的穿透力，能够以近似光的速度直线传播，在传播过程中不会发生折射、反射和散射等现象，几乎不产生衰减，极易穿透钢铁、海水，乃至整个地球，而不会停止、减速以及改变方向，方向性极强。二是中微子粒子束穿越海水中时，会产生光电效应，发出微弱的蓝色光，并且衰减很小。 3.结语

随着全球目光向海洋聚焦，水下无线通信的重要性日益突显。当前，水下无线通信还面临着水中通信距离短、通信容量小、传输速度低，无法完全实现双方实时通信等问题。但随着信息技术的发展和通信器件的研发，相信水下无线通信技术会逐步得到完善和改进，为水下资源开发和水下军事斗争提供强有力的通信保障。 参考文献：

［1］张丰伟．水下无线中长波通信机的设计与实现［D］．大连：大连理工大学，2013．

［2］张俊昌，曹海鹏，谢家祥．甚低频对潜通信数据压缩编码技术研究［J］．通信技术，2008，41（12）：262－264． ［3］张建华，孙卫华．潜艇水下隐蔽通信技术研究［J］．船舶电子工程，2010，30（02）：24－26 ［4］朱永建，徐鹏飞．水声通信网的研究进展及其应用［J］．通信技术，2012，45（06）：36－38． ［5］冯国强．引力波与引力波探测实验［J］．湖北第二师范学院学报，2011，28（02）：10－12．