第一道橋梁,漂浮在海面上的水聲-無線電浮標。
在其水下部分懸掛著接收水聽器或水聽器陣,在其空中部分有無線電發射機,兩者之間是信號處理電路。
任何具有這種功能的水面平臺都可作為橋梁,將水聲信號轉變為無線電信號后送出水面,進入大氣空間。
還有一種微型的彈出式浮標,可以被布放在海底自主觀測站上。
當需要發送信息時,彈出式浮標被釋放并通過其浮力運送到水面,向空中傳輸無線電信號。
第二道橋梁,甚低頻電磁波(VLF, 3~30 kHz)。
甚低頻電磁波非常適合于跨越水空界面的信號傳輸。
特別是當輻射源處于水面以下幾米或幾十米時,所發射的電磁波信號(包括從水聲信號轉換而來的電磁波信號)可直接穿透水空界面在空氣中產生水平傳播的側面波,沿界面傳播到中等距離的目的地或中繼節點。
這種技術途徑的明顯優點是:
不需要海面浮體或類似平臺,所以特別適合于自主水下航行器或其他水下移動平臺使用;
同時可以避免水聲通信的干擾和海面平臺的碰撞。
在近岸地區,還有可能利用海水-海底-陸地傳播路徑,將信號直接送往陸地。
其他頻段的電磁波,如甚高頻和極低頻電磁波都有其特殊的用武之地。
甚高頻電磁波適合作為短距離高數據率的載波信號,穿透水空界面傳播到空中。
極低頻電磁波適用于從規模龐大的陸基天線,將指令控制信息傳播到數千公里外的海面上方,并從那里穿透海水后到達接收機。
極低頻的顯著優點是,電磁波的傳播路徑絕大部分在空氣中,其傳播速度接近光速,只有傳播路徑的最后部分,即從海面向下到接收機的幾百米,涉及在海水中的低速傳播。
電磁波在導電海水中的傳播速度隨頻率的降低而減小。
當頻率降低到10 Hz時,傳播速度僅為5000 m?s-1。
即便如此,從陸地到數千公里外的水下指令傳輸也只需十分之一秒的時間。
與具有幾千秒時間延遲的水聲傳輸相比,這樣的時間延遲在實際應用中是非常重要的。
第三道橋梁,即海洋移動平臺。
它可以在全水深中游弋,收集任何水聲探測裝置上獲得的數據,在航行到水面后將數據傳送給無線電接收機。
誠然會有航行帶來的時延,但是可以借助批處理方法,以近距離高速率方式收集數據,一旦天線露出水面就在短時間內把大量數據發送到電波信道中。
實際上,激光通信技術也有類似應用,不過獲取數據時的對準問題要得到適當的解決。
顯然,自主水下航行器、無人水下航行器、遙控無人潛水器甚至有人潛水器都可以具備這種功能。
第四道橋梁是一種新發現的方法,對水下聲音產生的海表面條紋進行微波探測。
當水聲信號入射到海面時,會產生一定的紋理,混合于海面波浪的擾動之中。
最近MIT的一個團隊報道了實驗室測試的結果,用微波方法獲得令人鼓舞的結果。
2009年,也有學者在MIT該項工作之前在水箱實驗中獲得了成功。
這種方法是單方向的,僅用于接收。
不過,有研究者利用聲波調制的激光束或者微波束照射海水,在水下產生聲波信號。
其原理就是使水面下方的水體受到高強度激光或者微波的照射,受熱并爆炸性膨脹,汽化后產生聲脈沖,進而產生具有垂直方向的聲波波束。
然而,此種方式下信號波形的控制仍是有待解決的問題。
還有一種單向的跨界面傳輸方法,就是用聲波近似垂直地直接照射海面,它可以沿著照射點周圍的“透聲窗口”進入水中。
如果聲波頻率較低,則有可能傳播到水下很遠的地方。
多年前報道過一艘潛艇在深海區檢測到數百公里之外的飛機輻射噪聲信號。
不幸的是,反過來在空氣中直接檢測水下聲信號卻不可行,除非聲源的深度遠小于波長。
有人做了理論證明,在此條件下水下聲波可以直接穿透界面進入空中,就像聲源上方的薄水層(與波長相比)不存在一樣。