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    水下無線通信的應用

    2022-03-02 09:15:15

    海洋、湖泊等水下區域不僅蘊藏著豐富的資源,而且直接關系到人類社會的發展。如今,傳統的陸空通信網絡日趨完善,水下通信的應用也逐漸增多。有線通信方式極大地限制了目標的活動區域,安裝、使用和維護復雜且昂貴,不適合水下節點之間的動態通信。通信工程

    水下通信一般是指水中實體與水下目標(潛艇、無人水下航行器、水下觀測系統等)或水下目標之間的通信。水下通信主要使用聲波、低頻無線電和光波作為信息載體。水下無線通信是一種以水為介質,利用不同形式的載波傳輸數據、指令、語音、圖像等信息的技術。其應用方向主要包括:

    (1) 潛水員、無人水下航行器(AUV)、水下機器人等水下運動單元平臺之間的信息交換。

    (2) 海岸探測、水下節點數據采集、導航與控制、水下生態保護監測等三維分布式傳感器網絡應用。

    (3) 水下傳感器網絡、水下潛水器與水面和陸地控制或轉移平臺之間的通信??梢?,水下無線通信技術在民用、科研和軍事領域有著廣闊的前景。由于水下復雜的時空環境,通信系統的有效信息傳輸速率往往成為瓶頸,這與日益增長的水下通信需求相矛盾。例如,潛艇的控制需要100bps以上的數據速率,水下傳感器網絡的數據速率將超過8kps,聲音和圖像信息的傳輸需要更高的數據傳輸速率。由于傳播介質的不同,會采用陸地和空中常用的微波和超短波通信方式,會帶來很大的衰減。因此,尋找更快的無線通信技術成為水下通信研究領域的核心目標之一。

    水下磁感應通信、水下中微子通信和引力波通信是不斷探索和發現的新型水下通信技術,具有更好的性能潛力。磁感應通信以磁場為載體,通過改變磁場強度來傳遞信息。水下磁感應通信具有隱蔽性強、傳輸速率高等優點;中微子光束可以在任何物質中以光速單獨行進,而水下微米通信極其保密且衰減極小,可以讓遠距離的兩艘潛艇實現不間斷的通信連接,讓在深海任何深度作業的潛艇都能直接接觸到陸地指揮中心。未來會有重要的戰略用途,尤其是有線通信受損,無線通信受到強烈干擾時;引力波是以光速傳播的橫波,具有很強的穿透力,無論怎樣都可以阻擋引力波的傳播,在水中的傳播距離超過1000km,這將是一種很有前途的水下通信技術。

    近兩年,工軍部門在水聲通信、光通信、射頻通信等傳統水下通信領域的研究不斷取得突破:美軍探索超低頻/甚低頻(ULF/VLF)水下通信技術方法:美國工業界在實驗室環境中實現了高度機密的水下磁感應通信; 2017年,上海交通大學金賢民團隊成功完成海水量子通信實驗,驗證了水下量子通信的可行性。數百米,是未來建立??找惑w量子通信網絡的重要一步。

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