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各國海軍一直夢想著真正實現水下作戰(zhàn)平臺之間的高效通信，以充分發(fā)揮它們的作戰(zhàn)效能。盡管由于種種原因，水下平臺的通信鏈接在可靠性，便捷性、快速性等方面仍然存在不足，但海軍的夢想正在一步步實現。目前，世界各國海軍制定了許多重大計劃，以確保水上，水下的載人／無人平臺鏈接成一體化的作戰(zhàn)網絡。在不久的將來，水下、水面、陸地，空中乃至太空的各種軍事平臺必將逐步融為一體，實現全集成、大立體的網絡中心戰(zhàn)格局。 眾所周知，水上通信主要是利用電磁波，由于電磁波在水中衰減很快，水下通信只能利用水聲信道。與電磁波在空中的傳播速度(300000千米/秒)相比，由于海洋中的多徑傳播與環(huán)境噪聲，聲波在水中的傳輸速度(1500米／秒)要慢得多、延遲也較大，使得水下通信的數據速率很低，丟包率較高，大多數無線網絡協議在水下無法實現。由于正常聯網需要穩(wěn)定、持續(xù)的通信，可以說，水下網絡在開發(fā)伊始就面臨著非常復雜的問題。隨著研究的深入，許多重大問題正在逐步解決，最近的水下傳輸演示表明，只要條件適當，聲波能在水下以1千比特／秒的速率傳輸10千米以上，可以構建適用的網絡。 “飛行插入”概念 實現潛艇與水上裝備的通信鏈接，一個相對簡單的辦法是利用系留浮標進行通信。實際上，系留通信浮標是從潛艇攜帶的緊急事故浮標演變而來的。這個方案的致命缺憾是，浮在水面上的浮標會暴露潛艇的行蹤，不適用于需要隱蔽潛艇位置的作戰(zhàn)場合。 20世紀90年代中期，美國空間與海上作戰(zhàn)系統(tǒng)司令部提出“飛行插入”(Flying Plug)概念并進行了試驗。所謂“飛行插入”，就是利用一次性光纜拖曳小型無人潛航器作為“插頭”(Plug)通過特定的“插座”(socket)，實現潛艇、無人潛航器、水面艦艇及飛機與遙控的有線傳感器網及通信浮標的連接。潛艇等平臺通過發(fā)射帶有光纜的無人潛航器，就可以與數據存儲點的“插座”連接，使?jié)撏г诜绤^(qū)外保持隱蔽狀態(tài)的同時，仍能進行遠程，高速率通信，接收遠程傳感器探測的數據。  然而，這種連接方法只能臨時采用，只可以看作是向水下無線網絡連接發(fā)展的一個中間步驟，目前更傾向于發(fā)展分布式傳感器與通信節(jié)點組成的無線網絡，這樣，潛艇和無人潛航器便可以通過水聲通信與網絡進行連接。為了便于通信實體的進出，網絡將采用動態(tài)的自組結構，并通過在網絡內部的通信中繼，使信息和數據比單跳聲程傳得更遠，與水面上天線的連接可以使水下設備利用GPS，從而提高水下導航及協同部署的精度。 在有關科研人員的努力下，水下調制解調器技術正取得迅速進展。例如，遠程動態(tài)海底棲生物公司(Teledyne Benthos)聲音調制解調器商品的波特率范圍已達150～15360比特/秒，誤碼率＜107，信噪比較高，通信距離通常在2～6千米范圍；如果利用轉發(fā)器，通信距離可以超過20千米。利用相移鍵控、多頻移頻鍵控、調頻擴頻編碼、碼分多址等遠程無線通信技術以及其他水下技術，還可以使通信的穩(wěn)固性不斷提高。北約水下研究中心信道估算研究小組模擬出各種條件對水下戰(zhàn)場通信的影響，并做出相應的頻譜分配。 “海網”及“可部署自主分布式系統(tǒng)” 為了將網絡中心戰(zhàn)的作戰(zhàn)思想貫穿到從水上到水下的作戰(zhàn)空間，美國海軍正在實施多個水下聯網項目以構建水下網絡。“海網”(seaweb)就是該領域的一個重要研究項目，已有10多年歷史，由美國海軍研究局和空海戰(zhàn)系統(tǒng)中心主持。它是目前規(guī)模最大的在研實用水聲網絡，網絡節(jié)點可達17個，可以在淺海惡劣條件下利用水聲網絡在廣闊水域進行高質量數據傳輸。“海網”利用聲音調制解調器進行通信，可以將布設在海中的傳感器聯網，通過水聲無線浮標從水面、岸上或空中遙控遙測。目前，它已具有很強的自組功能，如自動進行節(jié)點識別、時鐘同步(0.1～1.0秒量級)，節(jié)點位置定位(100米量級)、適應環(huán)境的發(fā)射功率控制、節(jié)點更新和失效后的網絡重新配置等。 “海網”(Seaweb)旨在構建日益復雜的水下網絡，以支持美國海軍的“可部署自主分布式系統(tǒng)”(DADS)。DADS是一種高機動，較廉價、可快速布設的水下監(jiān)視系統(tǒng)，它隨海上作戰(zhàn)編隊一起行動，使美國海軍有能力在潛在作戰(zhàn)對象國的沿海建立水下信息探測網絡，有效對付這些國家的低噪聲柴電潛艇的威脅，并為編隊指揮提供準確的威脅位置信息和可靠的海洋圖像。DADS固定布設在水深50～300米的海底，傳感器節(jié)點間距2～5千米，可由潛艇，水面艦艇、飛機以及無人潛航器布放。 在2004年舉行的“海鷹”(seaEagle)先進概念技術演示計劃期間，由分布廣泛的海洋傳感器、無人潛航器及多媒體網關浮標組成穿越水面的網絡，并成功地進行了試驗。分布式傳感器裝有遠程聲吶調制解調器，能夠互相通信并向錨定浮標傳輸數據。錨定浮標一般攜帶水聲收發(fā)機與調制解調器，起到網關浮標的作用。它與海洋傳感器及水面無線電連通，穿越水面?zhèn)鬏敂祿瑢⑺虾退碌耐ㄐ胚B為一體。 目前，無人潛航器在自主技術方面得到發(fā)展，在擺脫沉入水中后可以不受操作人員控制，直到任務完成。隨著自主式潛航器自我決策能力的提高以及航程與能力的增加，今后將發(fā)展協同的網絡化部署。 “近海水下持續(xù)監(jiān)視網絡” 在美國海軍潛艇聯合會舉行的2006年潛艇技術論壇上，披露了當今世界上最先進的水下網絡計劃之一——美國“近海水下持續(xù)監(jiān)視網”(PLUSNet)。PLUSNet是一種半自主控制的海底固定+水中機動的網絡化設施，由攜帶半自主傳感器的多個潛航器組成。這些潛航器能夠互相通信，并在沒有人為指令的情況下做出基本決策，從而履行多種功能，包括對溫度。水流、鹽度、化學成分及其他海洋元素進行取樣，密切監(jiān)視并預測海洋環(huán)境。PLUSNet計劃由美國賓夕法尼亞州立大學承擔，為期3年、耗資2770萬美元，預計2008年進行首次演示。美國海軍希望PLUSNet能在2015年前后具備完全作戰(zhàn)能力。 PLUSNet計劃的階段性目標是①某個戰(zhàn)場節(jié)點(如固定節(jié)點)能夠通過水聲通信向另一個戰(zhàn)場節(jié)點(如移動節(jié)點)傳輸數據與指令，后者通過射頻通信方式向主艦，岸基裝備中繼消息，②主艦，岸基裝備能夠通過射頻通信向網關戰(zhàn)場節(jié)點傳輸數據與指令，由后者向其他戰(zhàn)場節(jié)點中繼信息，⑦能準確地感知環(huán)境、預測聲音參數，并重新機動部署、改進聲音性能與通信戰(zhàn)術，④能自主探測、跟蹤明顯目標，并在節(jié)點之間以及向主艦／岸基裝備傳輸目標信息，⑤能使可移動裝備重新指向目標路徑、重新獲取目標，獲取附加數據以對目標分類，⑥能利用記錄的數據處理現實目標信號。 目前，PLUSNet采用的大量關鍵系統(tǒng)正在研制之中，包括“海馬”、“金槍魚”自主無人潛航器，以及奧德賽，“海洋”、斯洛克姆、“x射線”，Liberdade等滑行式自主無人潛航器。它們都裝有微型調制解調器，其中“海馬”還配備有“大型無人潛航器無源陣列”(LUPA)微型調制解調器。 2006年秋天，在美國海軍研究辦公室資助的“蒙特利灣2006”海洋試驗期間，共進行了4個項目試驗。其中，PLUSNet進行了該項目有史以來規(guī)模最大的試驗，共有13艘研究艦艇、36艘以上的無人潛航器以及各種固定，漂浮傳感器參加，Liberdade滑行式自主無人潛航器也首次登場。在自適應采樣和預測試驗中，滑行式自主無人潛航器每天都更改路徑，以研究如何以不同的編隊航行覆蓋數百千米。的海洋空間，在無人潛航器與傳感器之間建立聯系，并提高網絡通信與自主能力。 “可回收系留光纖”浮標 為了在潛艇與水面艦隊之間建立高效的雙向魯棒通信，使?jié)撏Ц萌谌胛磥淼木W絡中心戰(zhàn)，美，英正聯合開發(fā)“可回收系留光纖”(RTOF)浮標項目。該項目是美國海軍“以戰(zhàn)術速度、在戰(zhàn)術深度游弋潛艇通信計劃”以及英國海軍“有效特遣部隊通信”計劃的關鍵。這兩個計劃都要求使?jié)撏Ц叨燃捎诰W絡支持環(huán)境中，能夠與其他兵力之間交換戰(zhàn)術與目標瞄準信息。 RTOF浮標的載荷包括特高頻(240～320兆赫)IP協議衛(wèi)星通信設備、GPS終端以及四端口6～18吉赫雷達告警設備。浮標由在深海保持高速機動的主潛艇部署，以實現寬帶保密雙向通信。潛艇可以利用RTOF浮標，升起特高頻桅桿與特遣部隊或岸上基站進行通信，而不再受潛望鏡深度的限制。RTOF系統(tǒng)采用一個直徑450毫米的漂浮體，它通過一個張緊力接近于零的寬帶光纜與潛艇相連，可快速上浮到海面，然后在水面保持不動，而水中潛艇的速度和下潛深度則保持不變，必要時，RTOF可快速回收，不會留下任何尾跡。 RTOF項目由英國國防裝備與支援局負責管理，超級電子有限公司聲吶與通信系統(tǒng)部牽頭，該公司負責項目管理、系統(tǒng)集成、超高頻和極高頻天線載荷以及水動力特性研究，并將RTOF概念擴展到裝備情報和監(jiān)視傳感器，如光電可視與成像設備，電子支援設備等。另有斯特羅恩一亨肖公司負責舷外系統(tǒng)，奎奈蒂克公司負責提供系統(tǒng)驅動和控制設備。 按計劃，RTOF已于2007年5月下旬運抵美國，與美國海軍潛艇集成并進行作戰(zhàn)試驗，同年6月，RTOF完成了在英國南部波特蘭港口的試驗。演示評估之后，將考慮在選定的美國海軍潛艇與英國海軍新的“機敏”級核動力攻擊潛艇上安裝RTOF的事宜。 “先進部署系統(tǒng)” 如果不考慮來自水面和空中的潛在威脅，潛艇在任何時候都可以升起天線或浮標進行遠程寬帶通信。例如，洛克希德-馬丁公司的AN／WLD-1半自主“遙控獵雷系統(tǒng)”在水下航行時唯一露出水面的是通氣管，它除了為柴油機供氣，還裝有衛(wèi)星通信與視距通信天線，以及用于規(guī)避的視頻攝像頭。盡管目前尚無需求，洛·馬公司還提出利用AN／WLD-1作為漫游通信節(jié)點，為潛航器和傳感器與水上作戰(zhàn)空間網絡鏈接提供接口。 “先進部署系統(tǒng)”(ADS)是洛克希德·馬丁公司為美國海軍研制的一個近海水下監(jiān)視系統(tǒng)，本質上是一種小型可運載“聲吶監(jiān)聽系統(tǒng)”(SOSUS)型水聽器陣列。利用ADS可以快速部署水下無源聲音監(jiān)視系統(tǒng)，提供廣域潛艇探測能力。值得一提的是，雖然ADS是作為“近海戰(zhàn)斗艦”反潛戰(zhàn)裝備而開發(fā)的，但美國海軍近海戰(zhàn)與水雷戰(zhàn)項目執(zhí)行官近期表示，海軍已經終止近海戰(zhàn)斗艦反潛任務模塊中的ADS組件計劃。原因是這項技術與該艦“不匹配”，海軍希望ADS是一種用于探測水下敵方潛艇的聲學偵察系統(tǒng)。 ADS主要由分析處理系統(tǒng)、傳感器、戰(zhàn)術接口和固定設備四部分組成。它采用分布式無源聲波傳感器陣列探測信號，通過無線信道與分析處理系統(tǒng)保持聯系，能持續(xù)不斷地提供大面積海域的水下信息，主要用來對付新型電推進動力艦艇和核潛艇。ADS的水中戰(zhàn)術接口系統(tǒng)主要用來整理、加工聲音數據，將其壓縮后傳輸至母艦，由后者在戰(zhàn)區(qū)內發(fā)送。在試驗中，母艦通過小外形數據傳輸浮標向分布式無源聲波傳感陣列傳輸命令。專家指出：如果能夠解決無人值守傳感器系統(tǒng)融入通用作戰(zhàn)圖系統(tǒng)的遙控問題，那么，ADS將為美國海軍提供可靠的水下活動圖像。 現在對ADS最大的顧慮是其水下生存能力，因為大量電纜極易受到魚群等的攻擊。美國海軍已經選擇一種直徑比較大的電纜，而且正在開發(fā)主干電纜的掩埋方法，還將繼續(xù)研究掩埋整個水下電纜的方法。盡管該項目有一定風險，但2000年和2004年舉行的海上演習都證明，ADS能夠實現或超過預期目的。項目預計在2008年一季度完成系統(tǒng)集成試驗。 |
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