水中通信技术发展趋势及未来前景

就水中通信速度而言，美国海军服役武器装备中选择水的声音通信、光纤通信、微波通信的方式都不能超过20Mb/s的传输速度，也不能传输竞技场超清视频等大空间数据信息。首先，在传输速度方面，水的声音通信、微波通信、光纤通信等传统通信方式不能提高，不能适用于大文件传输、复杂竞技场信息内容传输等未来的信息化管理战斗要求。

潜艇和无人潜艇的应用在战争中具有关键甚至关键的现实意义。乌克兰近年来一直保持着闲置航母的发展趋势，但战略核潜艇的资金投入从头到尾都没有减弱。新型北风之神潜艇是支撑其完成国家安全战略的关键。因为水中的自然环境不同于空气标准，而且复杂，水中通信一直是困扰世界各国南海舰队的实际困难。一般来说，中国只有完成100米深、Kb级和间歇性的传输能力，这严重影响了潜艇的资源获取、指导操作和通信传输。目前，世界各国已经进行了大力的科学研究破译了水声通信短板，部分在实验中已经取得了一定的进展，但其应用性和稳定性也需要实践活动的检测，必须客观分析和对待。

如今，随着美国海军潜艇、无人潜艇及其AQV210EH传感器等武器装备的高速发展，如何在水中进行高速、平稳的传输数据已成为美国军队亟待解决的重要瓶颈。借助DARPA、自然科学基金委等机构，英国长期应用相关高校和科研企业进行水中通信行业的科学研究。近年来，有关刊物和会议上关于水中通信技术的毕业论文显示，英国在水中的声音通信、光纤通信、频射通信等传统式水中通信行业的传输速度和组网方案工作能力方面的科学研究不断取得进展，在新的感应线圈通信行业的传输速度和安全系数方面取得了长足的进展，为美国军队未来基本建设水中无人作战部队建立了关键技术基础。

一、水中通信的关键方式。

水的声音通信以声波频率为传输媒介，经过几十年的发展趋势，其特性已经稳定。目前，美国军队服务水的声音通信设备的声波频率传输速度约为800米/秒，传输间隔可达数千米，但传输速度只能达到千比特犬/秒(kb/s)的数量级，容易受到温度、压力、盐分、多普勒效应、水中噪音等多种因素的危害，因此只能传输视频语音数据信号，完全不能融入复杂的竞技场倾向，容易被敌军声纳检测机械设备检测到，现阶段一般作为水中长距离通信的辅助方式应用。

水中光纤通信以可见光为媒介，基本提高了水中声音通信的传输速度。如今，美国军队在一些没有人的战斗模块上安装了近距离光纤通信终端设备，其传输速度可以达到兆比特/秒(Mb/s)的数量级，传输距离可以达到100米左右，适用于水中红警快捷键的点、点传输和组网方案。它的缺点在于它很容易受到光透射和环境污染的危害，而且灯源很容易被敌人的可视性探索，所以通信的防御性很弱，但是数据信号不能被破解。

水中微波通信以无线电波为媒介，原设计方案用于水中模块露出水面后与警报机、通信卫星等通信。在水中应用时，与光纤通信具有相似的特性和主要参数，受到传输方式和多径效应的危害，其传输间隔约为10米，传输速度达到兆比特/秒数水平，通信防御性优于光纤通信，一般用于海上通信及其与河面的无线中继通信。

感应线圈通信是近年来科学研究的一种新型通信方式。它以电磁场为媒介，根据磁化强度的变化进行信息内容传输，兼具光纤通信和无线电波通信的优点。其传输距离可达100米，速度可达兆比特/秒数量级，防御性强。目前，探测机械设备的精度无法发现，受到英国社会科学基金委员会和DARPA的高度重视。

二、主要进度。

受到水文水利自然环境的影响，水中军工通信系统遇到了三大难题：水中通信速度、水中通信防御能力和水中与海上数据共享。紧紧围绕这三大难题，美国军队在现阶段进行了一系列有效的科学研究。

就水中通信速度而言，美国海军服役武器装备中选择水的声音通信、光纤通信、微波通信的方式都不能超过20Mb/s的传输速度，也不能传输竞技场超清视频等大空间数据信息。目前，为了提高水中通信的速度，英国进行的科学研究主要集中在选择衰减系数较低的深蓝色光纤通信、更好的信道编码、正交和载波通信多路复用、分布式系统传输数据和协作等方法上。在试验室自然环境下，美国密歇根大学、斯坦福学校等高校的科研人员已经完成了约50Mb/s水中光纤通信的速度，利用协作降噪技术的水的声通信速度可达到约100kb/s，微波通信速度可达到21.4Mb/s，比服役武器装备发展得更快。依据新的tcp协议和链接设计方案，促使多企业组网方案和协作能力发展。

在水中通信防御层面，水的声音通信和光纤通信的先天性安全性较弱。通过简单的声纳和图像检测，可以彻底探索整体目标，通信安全性能完全依靠通信数据加密本身。微波通信的数据信号衰减系数很大，只在很小的范围内应用，安全性相对较强，但也限制了水中通信的应用。现阶段常见于露出水面时的通信。感应线圈通信具有天生的安全优势，在保证传输速度的同时不易被检测，是未来水中通信系统的重点关注行业。英国乔治亚理工大学和纽约莱斯大学的科研人员已于2015年在实验室自然环境下完成了水中感应线圈通信，并于2016年7月将传输速度提高至26兆帕/秒左右。目前通信方式没有合理的调查方法，美国军队非常重视科研企业。

关于水中和海上数据共享的难题，现阶段美国军队服役的俄亥俄级潜艇选择了露出水面进行微波通信，或者利用河面浮标进行无线中继通信。近年来，英国等国家在选择河面无线中继通信方式方面有了快速发展的趋势，根据拖放式河面浮标或布署式河面浮标，完成了水中战斗模块与河面船舶、机场、通信卫星等进行无线中继通信。它的海上部分传输速度可达225Cb/s，拖放式光纤通信系统浮标的水中部分传输速度可达1Gbps，部分浮标的水中部分光传输速度可达44.5Mb/s，均可应用红警快捷键组网方案和协作。

三、未来的发展趋势。

如今，随着无人和智能系统武器装备的高速发展趋势，水中通信技术逐渐成为危害水中作战部队信息化管理作战的短板，无法适应竞技场复杂趋势信息内容即时传输的要求，面临巨大挑战。

首先，在传输速度方面，水的声音通信、微波通信、光纤通信等传统通信方式不能提高，不能适用于大文件传输、复杂竞技场信息内容传输等未来的信息化管理战斗要求。

其次，在传输防御层面，水的声音通信和光纤通信很容易暴露自己的总体目标，具有先天性无法弥补的缺点，感应线圈通信系统的发生可以处理上述缺点。除了保证传输速度和安全系数外，还融入了各种复杂的水文水利自然环境，具有未来水中通信系统优化方案的特点。

最后，在水中和海上数据共享问题上，根据浮标完成水中和海上通信的无线中继已经成为世界各国南海舰队的共识。如今，世界各国仍在全力研究浮标的不间断供电系统、微型化和隐藏问题，以提高水中整体目标的生存能力。