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摘 要：无线通信技术应用于水下环境将会是一个不在新颖的课题，但对其研究却有重要意义。目前，水下通信主要应用于军事，地下等，在军用中有岸对潜通信、潜对潜通信、水下传感器网络和水下遥感机器人等有着重要的应用。而水下无线传输的传输速率受到水介质的影响，对其发出的电磁波影响很大。而甚长波的电磁波的波长很长，受到地理环境和介质环境的影响较小，衰减慢，可以使通信距离达到很远，且通信稳定。因此将甚长波作为水下无线传输的载波是一个新的技术，将会在水下通信起到重要的作用。
关键词：水下；甚长波；无线通信
前言
水下无线通信是指其在水下运用无线方式将数据、语言文字、图像、指令信息等重要信息进行准确的传递，其应用主要是在淡水和海水中。在陆地和天空通信，人类已经将技术发展到相当高的地步，能够实现自由的通信和交流，但在水中，以同样的技术则无法实现或者不能有效传输。而甚长波通信是以长波波段的电磁波作为传输的媒介，将重要的信息传输到另一个地方的无线通信方式。甚长波的频率范围是波段在30～3千赫的电磁波，主要传播形式以表面波的形式沿地球表面传播，其波长很长，受到地形地物等影响小，衰减慢，通信距离远，通信很稳定。因此，将甚长波波段的电磁波应用于水下无线通信具有极大的可行性，能够解决水下特殊环境所带来的诸多问题，有利于军事等行业的发展和应用。
一、水下无线通信技术发展现状
长波通信是以甚低频或者超低频的频率的一种以低频为主的电磁波。其特点波长很长，衍射能力强、通信距离远；能穿过电离层绕过空间星体，其透入海水能力较强，在地下传播时吸收损耗也较小，且不受核爆炸、太阳活动等外界的影响。在冷战时期，美苏对峙，使世界各个国家对于海军核潜艇的战略的地位进行了新的审视，其中对潜通信的“隐蔽、实时、完备、稳定”的需求越来越紧迫。随着美苏制衡的加剧以及科学的不断发展，美苏不断使用新的潜艇通信技术，如甚低频和超低频的研发与建设，使其发展成为对潜通信技术最基本的通信技术手段。根据长波的特点，能够实现水下稳定、安全的通信要求，而且隐蔽性好。同时甚长波受到昼夜、季节、气候、电离层等影响较小，又不会受核爆炸影响，因此传输的信号稳定可靠。当然，甚长波的频带很窄、传输速率极低，那么一般只能用于发送短报文或通知收报用的“振铃”，限制其发展。同时发射信息设备庞大，潜艇只能在约定时间进行单向收信，因此实时通信较差。
二、长波通信技术在无人水下航行器上的应用方式
1、长波通信与卫星通信相结合
该方案依据甚长波的传输距离远和透入海水能力强的特点，来实现岸台与水下的无人潜航器的实时通信。但因为长波通信系统的信息传输速率较低，难以实现高速的实时通信。因此，只能将长波信号作为振铃的功用，岸台通过长波信号呼叫水下潜航器浮出水面，再通过通信卫星与其进行通信。
该方案是通过间接的方式实现岸台与无人潜航器间的不间断通信，虽然岸台可以随时向无人潜航器发送和接受命令，不需要按照原有的约定时间，定时上浮至水面，这样可以节省大量燃料和资源，降低了一定的风险性。但该方案仍然有不足之处，如卫星通信存在抗毁性差的问题没有解决，无人潜航器需要上浮之水面通信，同时存在暴露自身目标的可能。
2、长波通信与短波通信相结合
在无人潜航器上浮至水面后可以通过使用短波通信的范式与岸台经通信，这就解决了卫星通信抗毁性差的问题。虽然可以同短波通信代替卫星通信，但是仍存在隐蔽性不佳的问题。
3、长波通信独立工作
在上述方案中都是间接的方式来实现信号传输，那么可将长波信号作为与无人潜航器间的通信信号，这样就可保证无人潜航器的隐蔽性，无需上潜至水面。但由于通信信息只能进行单向传输，而且通信的传输速率较低。
三、水下无线中长波通信的优点
甚长波通信是指利用其波段的电磁波为媒介进行传输，将信息从水下传输到另一个地方的方式，其波的频率范围是 30 ～3 000 kHz。发送甚长波的发信机的输出功率可以大到达数兆瓦，发射天线的高度也要在200米以上，发射系统的通频带窄，是限制甚长波通信传输速率的主要原因。甚长波通信可以采用幅报、移频报等多种方式调制，但采用相位连续的移频键控，其中最小移频键控会使频域上能量集中、频带利用率高、抗噪声性能好等优点。。
1.通信频率利用率高
通过采用相位连续的移频键控的方式，能够使频带利用率增高，能量更加集中。
2.抗干扰能力强
通过采用扩频技术可以将淹没在噪声中的信息解读出来，实现准确的通信过程，同时不会受到水质优劣和海浪等因素的影响，这样不会被水吸收衰减，优于一般的水下通信。
3.传输速度快，传输时延小
发射信号机在水下可采用密封方式，数据通过传输线传到发射机发射到水中。电磁波频率越高，水下传播速率越快。
4.功耗低，供电方便
5. 安全系数高，对水中的环境无影响。
四、水下长波通信技术面临的问题
目前，甚低频、超低频、极低频通信以及正在发展的中长波的通信，都是同过电磁波的方式进行水下通信，只不过他们的频率不一样，波长不同。但由于海水存在趋肤效应，会使得无线电磁波在海水传输过程中受到严重的影响。因此，当前要解决的技术问题有：一是水下的通信深度，正常情况下，极低频通信也只能对水下几百米的深度进行通信。因此解决通信深度还需研究。二是发射的设备较大，占地面积广，耗资巨大，需要能量多，性价比不足。三是通信数据传输率低通信信息容量小，智能单向接受，不能双向通信，难以实现真正的应用。四是系统体积庞大，不利于隐藏，尤其是天线系统易受敌人活力打击。
结语
长波通信在水下的应用具有一定的研究意义，具有巨大的潜力，依据其特点足以说明这项技术在水下应用的重要性。本文讨论了将长波通信技术应用于水下无人的通信方式，分析了长波通信技术在水下应用的不足以及相应的特点，同时，还指出其系统应研究的方向。尤其是系统设备的问题，更应努力去改善，以便其发挥真正的功能。
参考文献：
[1]张丰伟. 水下无线中长波通信機的设计与实现[D]. 大连理工大学， 2013.
[2]赵蓉， 蔡果佑. 中长波水下无线通信机的设计与研究[J]. 中国新通信， 2016， 18（14）：83-83.
[3]丁天成. 无人水下航行器推进系统总线通信技术研究[D]. 2017.
关键词：水下；甚长波；无线通信
前言
水下无线通信是指其在水下运用无线方式将数据、语言文字、图像、指令信息等重要信息进行准确的传递，其应用主要是在淡水和海水中。在陆地和天空通信，人类已经将技术发展到相当高的地步，能够实现自由的通信和交流，但在水中，以同样的技术则无法实现或者不能有效传输。而甚长波通信是以长波波段的电磁波作为传输的媒介，将重要的信息传输到另一个地方的无线通信方式。甚长波的频率范围是波段在30～3千赫的电磁波，主要传播形式以表面波的形式沿地球表面传播，其波长很长，受到地形地物等影响小，衰减慢，通信距离远，通信很稳定。因此，将甚长波波段的电磁波应用于水下无线通信具有极大的可行性，能够解决水下特殊环境所带来的诸多问题，有利于军事等行业的发展和应用。
一、水下无线通信技术发展现状
长波通信是以甚低频或者超低频的频率的一种以低频为主的电磁波。其特点波长很长，衍射能力强、通信距离远；能穿过电离层绕过空间星体，其透入海水能力较强，在地下传播时吸收损耗也较小，且不受核爆炸、太阳活动等外界的影响。在冷战时期，美苏对峙，使世界各个国家对于海军核潜艇的战略的地位进行了新的审视，其中对潜通信的“隐蔽、实时、完备、稳定”的需求越来越紧迫。随着美苏制衡的加剧以及科学的不断发展，美苏不断使用新的潜艇通信技术，如甚低频和超低频的研发与建设，使其发展成为对潜通信技术最基本的通信技术手段。根据长波的特点，能够实现水下稳定、安全的通信要求，而且隐蔽性好。同时甚长波受到昼夜、季节、气候、电离层等影响较小，又不会受核爆炸影响，因此传输的信号稳定可靠。当然，甚长波的频带很窄、传输速率极低，那么一般只能用于发送短报文或通知收报用的“振铃”，限制其发展。同时发射信息设备庞大，潜艇只能在约定时间进行单向收信，因此实时通信较差。
二、长波通信技术在无人水下航行器上的应用方式
1、长波通信与卫星通信相结合
该方案依据甚长波的传输距离远和透入海水能力强的特点，来实现岸台与水下的无人潜航器的实时通信。但因为长波通信系统的信息传输速率较低，难以实现高速的实时通信。因此，只能将长波信号作为振铃的功用，岸台通过长波信号呼叫水下潜航器浮出水面，再通过通信卫星与其进行通信。
该方案是通过间接的方式实现岸台与无人潜航器间的不间断通信，虽然岸台可以随时向无人潜航器发送和接受命令，不需要按照原有的约定时间，定时上浮至水面，这样可以节省大量燃料和资源，降低了一定的风险性。但该方案仍然有不足之处，如卫星通信存在抗毁性差的问题没有解决，无人潜航器需要上浮之水面通信，同时存在暴露自身目标的可能。
2、长波通信与短波通信相结合
在无人潜航器上浮至水面后可以通过使用短波通信的范式与岸台经通信，这就解决了卫星通信抗毁性差的问题。虽然可以同短波通信代替卫星通信，但是仍存在隐蔽性不佳的问题。
3、长波通信独立工作
在上述方案中都是间接的方式来实现信号传输，那么可将长波信号作为与无人潜航器间的通信信号，这样就可保证无人潜航器的隐蔽性，无需上潜至水面。但由于通信信息只能进行单向传输，而且通信的传输速率较低。
三、水下无线中长波通信的优点
甚长波通信是指利用其波段的电磁波为媒介进行传输，将信息从水下传输到另一个地方的方式，其波的频率范围是 30 ～3 000 kHz。发送甚长波的发信机的输出功率可以大到达数兆瓦，发射天线的高度也要在200米以上，发射系统的通频带窄，是限制甚长波通信传输速率的主要原因。甚长波通信可以采用幅报、移频报等多种方式调制，但采用相位连续的移频键控，其中最小移频键控会使频域上能量集中、频带利用率高、抗噪声性能好等优点。。
1.通信频率利用率高
通过采用相位连续的移频键控的方式，能够使频带利用率增高，能量更加集中。
2.抗干扰能力强
通过采用扩频技术可以将淹没在噪声中的信息解读出来，实现准确的通信过程，同时不会受到水质优劣和海浪等因素的影响，这样不会被水吸收衰减，优于一般的水下通信。
3.传输速度快，传输时延小
发射信号机在水下可采用密封方式，数据通过传输线传到发射机发射到水中。电磁波频率越高，水下传播速率越快。
4.功耗低，供电方便
5. 安全系数高，对水中的环境无影响。
四、水下长波通信技术面临的问题
目前，甚低频、超低频、极低频通信以及正在发展的中长波的通信，都是同过电磁波的方式进行水下通信，只不过他们的频率不一样，波长不同。但由于海水存在趋肤效应，会使得无线电磁波在海水传输过程中受到严重的影响。因此，当前要解决的技术问题有：一是水下的通信深度，正常情况下，极低频通信也只能对水下几百米的深度进行通信。因此解决通信深度还需研究。二是发射的设备较大，占地面积广，耗资巨大，需要能量多，性价比不足。三是通信数据传输率低通信信息容量小，智能单向接受，不能双向通信，难以实现真正的应用。四是系统体积庞大，不利于隐藏，尤其是天线系统易受敌人活力打击。
结语
长波通信在水下的应用具有一定的研究意义，具有巨大的潜力，依据其特点足以说明这项技术在水下应用的重要性。本文讨论了将长波通信技术应用于水下无人的通信方式，分析了长波通信技术在水下应用的不足以及相应的特点，同时，还指出其系统应研究的方向。尤其是系统设备的问题，更应努力去改善，以便其发挥真正的功能。
参考文献：
[1]张丰伟. 水下无线中长波通信機的设计与实现[D]. 大连理工大学， 2013.
[2]赵蓉， 蔡果佑. 中长波水下无线通信机的设计与研究[J]. 中国新通信， 2016， 18（14）：83-83.
[3]丁天成. 无人水下航行器推进系统总线通信技术研究[D]. 2017.