潛艇愛好者必讀---潛艇通訊系統綜述


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送交者: 紅色海狼 于 April 07, 2002 01:40:43:

紅色海狼 3月2日

經過几天的努力,我終于整理出一點關于潛艇通訊方向的資料,現在把它獻給各位網友以作參考。
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潛 艇 通 訊 系 統 綜 述

潛艇通信系統的基本組成:

不同類型的潛艇其通信系統都不例外地由綜合內部通信系統和綜合外部通信系統以及控制它們的中心分配控制系統組成。
潛艇通信包括以下几個方面。
(1)岸對潛通信。岸對潛的通信聯絡主要是用于從岸基廣播站到潛人水中的各型潛艇的信息交換,這類通信聯絡由ELF/VLF/LF和艦隊衛星通信系統提供。
(2)潛對岸通信。潛艇對岸基台站的通信聯絡電路是為支持潛艇到岸上指揮節點間的信息交換而建立的。通常使用附和衛星通信手段,并且均需采用突發方式。
(3)艦對潛通信。艦艇對潛艇的通信聯絡,主要是為支持戰斗群中的某一艦艇与直接支援戰斗群作戰的潛艇間的信息交換,較常使用潛艇數据鏈。因其基本上在近程線路上進行,所以可采用HF/VHF/UHF無線電路和衛星通信。
(4)潛對艦通信。潛艇對艦艇的通信聯絡通常使用近程通信線路,支援潛艇到戰斗群中某一艦艇間的信息交換,主要使用HF/VHF/UHF無線通信線路以及衛星通信。
(5)飛机對潛通信。飛机對潛艇的通信聯絡,主要是為艦載机与直接支援戰斗群作戰的潛艇之間提供信息交換線路以确保其間的戰術協同。
(6)潛艇對飛机通信。潛艇對飛机的通信聯絡是為戰斗群中的直接支援潛艇与艦載戰斗巡邏机和觀察監視飛机間提供信息交換,它類似于潛艇對艦艇的通信聯絡。使用HF/VHF/UHF近程、低截獲率的通信線路。
(7)潛艇對潛艇通信。潛艇對潛艇的通信聯絡,是通過HF/VHF/UHF無線電線路、衛星通信和聲學電話直接為兩艘潛艇之間提供信息交換線路。
(8)潛艇作戰及遇險網。這個通信網主要用于在作戰指揮机關、潛艇和有關艦艇之間交換作戰信息,它主要使用HF和UHF頻段。
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潛艇通訊系統的主要通訊方式:

一 VIJF無線電通信
VLF頻段通常規定在3-30M倉之間,一般認為這個頻段的無線電信號可以在水下15m以內的深度接收到。大多數潛艇常裝有兩种天線來接收VLF信號。第一种是使用很長的拖曳天線,如美國海軍使用的拖曳天線長度為500m左右。第二种天線是裝在塑料浮標上的環狀天線,塑料浮標由低速航行的潛艇在其工作深度放出。雖然這樣做可減小潛艇被無線電偵察設備探測到的概率,但是這种天線在水中移動時會產生振動而發出聲信號,會被聲吶設備探測到﹔當塑料浮標非常貼近水面,也易被敵人從空中觀測到。岸基VLF發射天線非常龐大,按四分之一波長計算其長度也在2.5∼25km範圍內。顯然体積十分龐大,造价极為昂貴,而且易遭受攻擊而損壞,但它仍不失為當前比較好的對潛通訊手段之一。因此,一些軍事大國都不惜花費巨額資金建立這類VLF發射台。

二 ELF無線電通訊
ELF頻段被定義在3KHz以下的頻率範圍內,潛艇能在100m的深度上接收ELF無線電信號。据悉,若采用先進接收設備和天線,還可使潛艇在400m的深度上接收到該頻段信號。使用ELF頻段進行對潛通訊還有抗干扰能力較強和﹒受核爆炸影響小的优點,因此它比較适合于彈道導彈核潛艇通訊。使用這個頻段進行對潛通訊存在兩個主要問題。第一是信息傳輸能力低。美國海軍在70年代建立的“海員”系統,其信息傳輸速率每分鐘衹能傳送10bit左右的信息。以后提出的“緊縮”ELF系統,据說需要15min才能傳送一個三字符組。但是据稱采用高度壓縮的代碼后,可用三字苻碼組發送更多的報文。第二問題是陸基天線占地面積大,長度最短也要數十公里。
為了充分利用這個頻段穿透海水的能力,實現潛艇在几百米的水下接收信號。在1958年美國便幵始實施“桑格文”計划,歷時30多年,計划几經變更,最后終于建成一個ELF對潛通訊系統并投入使用。它使潛艇能以最佳深度和速度航行時,在几百米的水下接收預先擬好的低速報文,通訊距离可達几千海里。其确定是不能發送复雜的核控制指令(緊急行動報文)到艦隊彈道導彈核潛艇。如果要發送這种報文,衹能選用ELF信號通知潛艇上浮到水下聲納層以上,然后用VLF發送報文。除此之外,由于岸站目標太大,易遭到攻擊破壞的危險也是明顯的。

三 机載對潛中繼通訊系統
上述兩种對潛通訊系統均屬于陸基固定通訊設施,它們体積龐大,特別是天線系統,极難采用隱蔽措施,极易被敵人發現和遭到攻擊摧毀。為了保証与戰略核潛艇的聯絡,還可以使用一种具有較高生存能力的机載VLF通訊系統。例如,美國所謂的“塔卡木(TACAMO)”机載中繼通訊系統就屬于此類。該系統全套設備裝在大型運輸机EC-130Q的無線電設備艙內,基本組成有VLF,LF,HF和SHF通訊設備。VLF通訊采用一台200kW發信机和一根約10Km的拖曳天線,天線端部帶一具穩定傘。需要發射信號時,飛机沿小半徑圓圈連續飛行,使天線的垂直方向有效長度達到實際長度的70%。當陸基固定VLF通訊發射台被摧毀時,則保証在任何時候都能有一架或多架這种飛机處于巡航狀態和時刻准備轉發發往戰略核潛艇的報文。

四 潛艇HF/VHF/UHF通訊
潛艇的生存能力完全維系于自身的隱蔽性上,潛艇在海上一旦被敵人水面艦艇或飛机發現便很難逃脫被攻擊的厄運。為了安全,潛艇原則上要盡量少發射或不發射任何無線電波。
目前比較有效的辦法是盡量縮短通訊時間和提高信息傳輸速率,無線電波在空中總的發射時間限制在無線電偵察定位系統的反應時間內。比如:完成一次通訊時間衹有0.08s,這使敵人的定位系統來不及對無線電波信號的存在做出反應。

五 UHF/SHF/EHF 衛星通訊由于衛星通訊的許多优點,特別是它的全天候通訊能力,使它成為潛艇通訊的一种主要手段。現在,大多數潛艇都在升降桅桿上裝有衛星通訊天線,這种天線能在潛艇貼近水面或在潛望鏡深度航行時使用,在一定程度上增加了敵方的偵察探測難度。

六、對潛通信浮標
對潛通信浮標是指在与潛艇進行通信時,可利用飛机或水面艦艇向潛艇投放的通信浮標。例如,為了向水下潛艇發送電報,可將通信浮標裝在標准聲吶浮標內由飛机投放或從水面艦艇投入水中。預先擬好的報文(最多出四組三字符電碼組成),利用一個按鈕幵關輸入到浮標中。浮標入水時,在水面附近完成第一次發送電報工作,然后下降到預定深度第二次發送電報,在同一深度停留5min后再發送一次電報,然后沉沒c從浮標入水到沉沒全部過程約持續17min。
潛艇向外(岸基、水面艦艇或飛机)通信時,可由潛艇發射通信浮標,如需發送的信息對實時性要求不高時,可使用一种裝有盒式錄音机和無線電發射机的浮標從水下潛艇發射出去。在其上浮到水面后,經過15-60min的設定時延將預先擬好的電文(最長4min)發射出去,經1h的延遲后再重發一次。設定這樣的時間是為了潛艇的隱蔽。

七、藍綠激光對潛通信
早在70年代初,美國海軍就幵始利用海水的這個所謂藍綠光“窗口”為潛艇通信幵辟新的途徑。据悉,一些主要技術難關目前已全部解決,應用前景比較樂觀,衹是還存在一些實現上的問題。對潛藍綠激光通信是指利用在海水低損耗窗口波長上的籃綠激光,通過衛星或飛机与深水中潛行潛艇的通信,也包括水面艦衹与潛艇之間的通信。一般來講,藍綠激光對潛通信系統可分為陸基、天基和空基三种方案:

(1)陸基系統。由陸上基地台發出強脈沖激光束,經衛星上的反射鏡,將激光束反射至所需照射的海域,實現与水下潛艇的通信。這种方式可通過星載反射鏡擴束成寬光束,實現一個相當大範圍內的通信﹔也可以控制成窄光束,以掃描方式通信。這种方案靈活,通信距离遠,可用于全球範圍內光束所能照射到的海域,通信速率也高,不容易被敵人截獲,安全、隱蔽性好,但實現難度大。
(2)天基系統。与陸基方案不同的是,把大功率激光器置于衛星上完成上述通信功能,地面通過電通信系統對星上設備實施控制和聯絡。還可以借助一顆衛星与另一顆衛星的星際之間的通信,讓位置最佳的一顆衛星實現与指定海域的潛艇通信。這种方亨不論是隱蔽性還是有效性都是不容置疑的,應該說它是激光對潛通信的最佳体制,當然實現的難度也很大。
(3)空基系統。將大功率激光器置于飛机上,飛机飛越預定海域時,激光束以一定形狀的波束(如15Km長1Km寬的矩形)掃過目標海域,完成對水下潛艇的廣播式通訊。
如果飛机高度為10Km,以300m/s速度飛過潛艇上空時,激光束將在海面上掃過一條15Km寬的照射帶。在飛机一次飛過潛艇上空的約3秒的時間內,可完成40∼80個漢字符號的信息量的通訊。這种方法實現起來較為容易,在條件成熟時,這种辦法很容易升級至天基系統之中。
激光通信的优點是:穿透海水能力強,可實現与下潛400m以上的潛艇通信﹔工作頻率高(10-10Hz),通信頻帶寬,數据傳輸能力強﹔波束寬度窄,方向性好﹔設備輕小﹔抗截獲、抗干扰、抗毀能力強﹔不受電磁以及核輻射的影響。但是,由于這种通信方式使用經大气傳播的光波,在大气中會引起光散射,造成信號的衰減。

十 現代(SSB)調幅水聲通信其技術核心是:水聲通信信號(話音、電報)的傳輸采用單邊帶(SSB)調幅技術。水聲通信往往都是單程傳輸信號,傳播損失比主動聲吶小得多,最大通信距离可達約100n mile。發信机把從用戶終端送來的話音或電報信號(300-3000Hz或800Hz單音)和一個8.078kHz的載波混頻后,衹留下上邊聲帶經換能器送出。鑑于戰略核潛艇以及常規潛艇在現代以及未來戰爭中的重要作用,迫切希望為其提供更多优良的通信手段。從目前發展情況分析,水聲通信很可能成為一种有前途的對潛通信手段。近期的研究表明,在海下600一2000m之間有一聲道,聲波在該聲道中可傳輸到數干公里之外,其傳播方式与光波在光波導內的傳播類似。現代潛艇的下潛深度一般為250一400m,而未來潛艇的潛深達1000m將是普遍的。因此,這种通信方式將成為一种有前途的對潛通信方式。
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對潛艇通信常用的几种通恬浮標附加介紹:

一、綜合通信浮標這是一种用玻璃鋼做的新型通信浮標,可由潛艇遙控。浮標內裝有四通道的短波發信机和超短波發信机,用來向指揮中心發送信息,報告有關軍事情報﹔另外還裝備超長波前置放大器,用來放大指揮部門發給潛艇的微弱信號﹔在浮標上還裝有与海水絕緣的各波段收、發天線,以提高通信性能。這种浮標通常用几百米長的電纜和潛艇的控制台連接,潛艇的通信控制台可以通過電纜遙控浮標上的各种通信設備。潛艇內裝有電纜絞盤,通信時把浮標放出海面,不用時用絞盤快速收回浮標。
二、高速曳航浮標當潛艇在水下高速航行時,一般通信浮標受到海水的阻力很大,穩定性也比較差,衹能在潛艇處于潛伏狀態下使用。這不僅影響了潛艇的机動性,而且容易被敵方發現。為此,設計出了适應潛艇高速潛航時使用的曳航通信浮標。這种浮標由一個流線型玻璃鋼外殼和可以折疊的天線組成。浮標尾部帶有昆翼,它包括一個水平舵和一個垂直舵,形似一架倒懸的飛机,有很好的水動力特性和拖曳航行性能。它可以貼近水面隨潛艇高速航行,能保障潛艇在快速潛航時實現對外通信。
三、應急通信浮標這是一种用于潛艇遇險救生、發射報警信號的通信浮標。當潛艇一旦遇難而陷入危險狀態時,可以立即放出這种浮標,向水面艦艇發出求救信號。通常,浮標內裝有短波信標、氖燈信號器和水聲定位信號發生器等各种報警通信裝置。水面艦艇收到應急浮標發出的各种求救報警信號后,即可根据水聲定位信號迅速确定遇難潛艇方位,立即快速前往搶救。
四、消耗型無線電浮標
為了使潛艇不必到淺水處進行通信,有時還使用被稱之為消耗型的無線電浮標,浮標內裝有一部無線電發射机和預編好程序的報文。在潛艇下潛時它可以彈出并浮至水面,天線能馬上或在設定的延遲時間之后豎立起來進行通信。通信結束后,浮標自動引爆并下沉。這种裝置可向潛艇提供有效的發射手段而不限制潛艇作戰的机動性,可用于除VLF和LF以外的任一頻段。雖然在其發射信號時有可能被敵方的測向系統探測到,但是發射前的設定延時使潛艇可以在浮標位置被測出之前就已遠离這一地點。
五、潛艇衛星終端浮標現代新型潛艇都盡量配備衛星通信設備,潛艇衛星終端可裝在一個特殊的浮標內。潛艇通過浮標天線,向通信衛星定向發射信息,通信衛星再把信息放大轉發給地面站、水面艦艇或飛机。同樣,這种浮標也可以接收通信衛星轉發來的信息,然后由潛艇計算机進行信息處理。這种通信方式速度快、容量大、方向性強、保密性能好,敵方難于察覺潛艇的行蹤。




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