潛艇在水下怎麼和地面指揮通訊的?

ivers3


儘管上浮通信對於潛艇不利,但是潛艇的艦橋上還是有大量通信天線

一般潛艇通過多個互補的無線電系統進行通信,幾乎涵蓋了所有軍用通信頻率。沒有一個通信系統或頻段可以支持所有海底通信的要求。潛艇艦載通信系統包括無線電天線和無線電室設備,包括無線電發射器/接收器和基帶套件。潛艇需要一套天線來提供必要的通信,導航和敵我識別(IFF)能力。與水面艦船天線相比,潛艇天線在設計,形狀,材料和性能方面有著非常不同的要求,因為潛艇的空間和重量限制,極端環境條件和隱身考慮因素。特高頻(UHF)衛星通信提供相對較高的數據速率,但要求潛艇暴露可檢測的桅杆式天線,從而降低其最大的武器——匿蹤性。相反,極低頻(ELF)和甚低頻(VLF)廣播通信為潛艇提供了高度隱蔽性以及速度和深度上的靈活性,但數據傳輸率較低,潛艇需要特別設備,且只能進行岸到潛艇的單向廣播通信。

各種潛艇通信方式和對於潛艇的影響,從左到右為使用低頻無線電單向通信;使用漂浮天線,和浮子通信發送器;使用指揮塔上的天線(半浮狀態);安全浮上水面

ELF(極低頻)是指頻率在30到300赫茲之間,波長在10000公里到1000公里之間的無線電波——這是唯一可以穿透數百米海水的無線電波段。美國海軍使用位於威斯康星州和密歇根州的巨大天線傳輸ELF信息,該天線是由發射塔上長達幾英里的電纜與下面的基岩一起構成的。該頻段用於將短編碼的“拼寫字母”(PLSO)消息發送到潛在水下很深深度的潛艇。這些潛艇使用拖拽距離很長的天線來接收消息。由於通信是單向的,因此它主要用於傳送預先安排好的信息或指示潛艇浮到水面附近以便進行高速率通信。由於波長的原因,環境因素對信號的強度沒有很大影響,因此這種通信方式非常可靠。

位於美國威斯康辛州克雷姆湖的極低頻天線基地

VLF(甚低頻)是指頻率在3000到30000赫茲之間,波長在100公里到10公里之間的無線電波率。該頻段可以穿透大約100米以內的海水,並且可以傳輸比ELF更多的信息。因此當潛艇無法浮出但可以接近水面時,它可用於陸地和潛艇間的通信。它可能會受到海洋中鹽度梯度的影響,但這些通常不會對近水面的潛艇造成問題。自然界中存在天然VLF輻射,但是通常與ELF一樣,環境條件變化不會對它產生強烈影響,因此它也被作為一種可靠的全球通信方式。VLF的發射天線需要很大,因此它主要用於從陸地指揮中心到水面艦艇和潛艇的單向通信。它也可以向多個衛星進行廣播,由後者將消息中繼到地面。美國海軍將VLF系統作為戰爭期間全球通信的備份系統,在高頻通信因為核爆炸無法進行,或者衛星被敵方摧毀後,保持通信。VLF還被用於飛機和船舶導航信標以及用於傳輸標準頻率和時間信號。

位於卡特勒的甚低頻天線陣列

HF(高頻)是指頻率在3兆到30兆赫茲之間,波長在100米到10米的無線電波率——這是海軍廣泛使用的通信頻段。相同的波段還用於遠程雷達。由於天波傳輸模式,HF無線電可以遠距離傳播,有時甚至可以傳播到地球的另一側。由於其多功能性和大覆蓋面積,這是一個非常擁擠的頻段。軍隊只能使用分散在整個頻段中的若干個頻率區域。最有效的傳輸需要相當大的天線,因此它在有岸上站點參與通信時最有用。天線的尺寸限制了它在飛機上的使用,它也不能用於衛星通信,因為會被電離層反射。之前很多HF波段的應用現在都被衛星通信系統接管。HF使用的主要缺點是它非常容易受到電離層的影響,因此必須同時使用幾個頻率相互備份。

美國海軍正在投資新的和以前展示的技術,以便在各種航速和潛深上與潛艇進行通信,以便協調反潛作戰。最常見的技術是使用拖曳天線或拖曳浮標用於潛艇通信,這對潛艇的機動性和隱蔽性添加了限制,因此對潛艇全力執行反潛作戰產生了負面影響。可以穿透海水的機載激光器可以在不受浮線或浮標限制的情況下和潛艇進行水下通信。但是因為激光的指向性,如何找到和準確的定位潛艇還是需要傳統的無線電手段來幫助。

空潛通信使用藍綠激光一度被認為使非常有前途的通信手段,但是首先要飛機能夠進入潛艇出沒的海域,其次要能準確的找到潛艇。

美國海軍的“來自海上”戰略的直接任務之一是繼續將其潛艇資源全面整合到遠征任務部隊中。要成為一個聯合定製前進單元(Joint Tailored Forward Element,JTFE)內海軍任務大隊的有效單位,潛艇必須與海軍和聯合通信系統實現完全互操作。潛艇需要能夠調整其能力,以優化它們對聯合特遣部隊(JTF)和海軍部隊指揮官的支持。

飛機,水面艦艇和潛艇等多種資產之間的協調對於有效的反潛戰至關重要。將潛艇整合到整體反潛戰中,真正成為廣闊海域進行反潛搜索和跟蹤的最有效平臺,在傳統上一直受到潛艇在大深度時有限通信能力的限制。潛艇通信曾經侷限於僅傳達任務支持信息和潛艇所必需的最小指揮和控制通信。

新時代網絡中心站為對潛通信提出了新挑戰

而在未來的網絡中心戰戰法下,需要通過傳感器,武器控制系統和信息系統的聯網,使整個戰區部隊的能力大於各個平臺的簡單加總。在這種情況下,潛艇繼續執行各種任務,包括情報收集,識別和告警(I&W),反潛戰,反水面作戰,對陸打擊和水雷戰,必須是聯網的傳感器和平臺一個組成部分。

因此,潛艇的未來任務需要在通信連接和帶寬支持上的革命。目標是允許潛艇在沒有當前深度和速度限制的情況下進行通信,並且具有足夠的帶寬實現實時連接和回傳,以最大化潛艇收集數據和情報的有效性。

這些先進通信的開發已經開始,並和基於IP架構的窄帶通信系統的開發相結合。接下來是開發更高數據傳輸速率的天線和寬帶通信系統,並最終實現允許在各種深度和速度上進行雙向通信的漂浮有線天線。

先進通信方式的開發已經開始,對潛通信正在進入一個新時代

最終,水下數據交換和通信能力將成為部署無人駕駛潛水器和傳感器,使它們和其他有效載荷形成分佈式網絡的關鍵推動因素。


稀星天外


為了不暴露自己、遭到敵方打擊,潛艇在水下戰鬥巡邏或執行潛伏任務時,往往是被動接收信息,基本不主動向外發送信號,但也不是完全不通信。目前,隨著信息技術的發展,地面指揮所與潛艇之間相互通信的方式還是比較多的。



第一種,也是最原始的一種,就是長波/超長波通信,主要用在地面指揮所向潛艇發信息,目前還在普遍使用。長波/超長波是一種位於低頻段工作的無線電波,它在海水中衰減較其他高頻段電波要小,能夠穿透海水進行傳播,傳播信道穩定,基本達到了在深水中進行對潛通信的要求。

第二種,通過浮標式天線,主要用在潛艇主動與地面指揮所聯繫。首先,潛艇要浮出海面或在接近海面的深度放出浮標式天線;然後,通過中短波信號向岸上發報。這對於潛艇來說非常危險,容易被敵人發現和攻擊,所以很少採用。



第三種,通過通信浮標,通常用在潛艇主動與地面指揮所通信。首先,潛艇把想要傳遞給指揮所得信息寫入信浮標;然後,通過魚雷發射管等將浮標發射到海面上,自身迅速離開浮標發射位置;最後,浮標到達海面後會自動連接軍用通信衛星,經通信衛星中繼將信息傳遞給地面指揮所。

第四種,藍綠激光對潛通信,主要是利用在海水低損耗窗口波長上的籃綠激光,通過衛星或飛機與深水中潛行潛艇的通信,也包括水面艦只與潛艇之間的通信。上世紀70年代初,美國海軍開始研究,據公開報道,主要技術難關已全部解決,應用前景比較樂觀,只是還存在一些實現上的問題。


大江東去斯基


潛艇水下通訊伴隨潛艇發展史,也經歷著從簡單到今天多種方式的發展。

在潛艇誕生之初,那時潛艇結構簡單,最早的潛艇通訊是利用聲波在水中傳輸快的特點設計出一種聲波發,接收器,當然因為聲響易暴露目標,很快淘汰了。

後來無線電技術發展被迅速應用到潛艇上,無線電技術利用電波傳輸訊號,波長越長,越易穿透海水,但是電波頻率越高(波長越短),訊號則越好,但是無線電波會在水中衰減,電波越短,越衰減利害,直到深水區無法發出接受信號,只能採取艇外釋放浮標天線至水面來通訊,但缺點是易暴露方位,所以潛艇水下與水面岸上聯繫只能定期在安全水域與外界聯繫,這期間水下潛艇與岸上是無法時時通訊的。

最新型技術的潛艇水下通訊還有激光衛星通訊,藍光通訊(藍色光波)等,現代潛艇一般都是裝備各種綜合通訊手段,互為備份,取長補短。


嶺南隨行記


當人在茫茫無際的森林、荒涼無邊的沙漠或樓房林立的城市迷路後,往往不知道自己所在的位置,甚至辨別不出方向。駕駛核潛艇也存在這個問題,在戰事緊張時,是不能浮上來依靠外界引導的,核潛艇在浩瀚漆黑的海水中航行,必須獨闖伸手不見五指的“龍宮”,如果不依靠專門的儀器幫助,就如同“盲人騎瞎馬”,必定迷失方向。 核潛艇在出航前,負責導航的軍官和部門,就已經制定出了一條預先航路,並把航路中的各種要素(如島嶼、淺灘、暗礁、水深、地質、海流、沉船等)事先標註在海圖上,潛艇出航一般都是按照既定的航路行駛的。但核潛艇在深水之中,無法觀察到外界的導航標誌,必須要有先進的水下導航儀器隨時定位,不斷地修正航路,才能確保不偏航。 潛艇的導航儀器比較多,但主要是依靠慣性導航系統。慣性導航系統是當前唯一能向核潛艇導航和武器發射提供必要的全部數據的設備,與其它導航方式比較,其優點除了精度高、自動化程度高外,最為突出的是工作完全獨立,它依靠自身的慣性元件進行導航,與外界任何參考物(如岸上的物標、星星、太陽、無線電波等)沒有任何關係,所以不受干擾和破壞,隱蔽性能好,在軍事應用上有著極其重要的意義。 慣性導航系統屬於藉助電能工作的電子導航儀器。工作的實質是,由裝在平臺臺體上的加速度計測出潛艇運動的加速度,再通過計算機對加速度經過一次積分得到航速,經二次積分得到航程,並進而算出潛艇所在的經度、緯度、縱橫搖角、速度、航行距離和航向等導航參數。潛艇發射彈道導彈時,必須知道發射時刻潛艇的確切位置、狀態和航速,才能進行精確的彈道計算,最終保證落點精度。 慣性導航系統的主要缺點是定位誤差隨時間的積累而增大,每隔一定時間必須校正。 除了電子導航儀器外,還有兩種類型的導航儀器,也是潛艇上常常裝備的,一般作為備用或修正定位精度。 一種是普通導航儀器。如磁羅經,它是利用磁針受地磁場的作用來指示艦位航向和測定方位的航海儀器,相當於指南針的作用;六分儀的原理是測量天體的高度和地面目標的水平角及垂直角來導航;計程儀是用來指示艇速和航程的儀器;潛望鏡上有方位盤和測距裝置,可起到觀測目標進行導航定位的作用。上述導航儀器雖然結構簡單、使用方便、生命力強,但觀察精度差,一般受天氣影響較大,是比較落後的導航方法;另外使用普航儀器大多還要升起潛望鏡或浮出水面,不利於潛艇的隱蔽。 另一種是無線電導航儀器。它是利用外界導航臺的電磁波信息,可進行全天候定位的導航儀器,設備本身的可靠性強,定位速度快。如無線電測向儀(又稱無線電羅盤),它以測量沿海分佈的已知電臺的方位角來定位,多用於艦船在近海的導航;無線電定位儀,如勞蘭C、奧米加導航系統,前者是利用無線電信號,根據雙曲線原理進行定位的儀器,但它必須有兩個固定的岸上電臺配合使用。後者是以相位延遲原理工作的導航系統,該系統有8個發射臺遍佈全球,用極長波同步發射,潛艇可以不必將接收天線升出水面即可接收信號進行定位;衛星導航儀是用於接收導航衛星發射的無線電導航信息,計算測者位置的設備。 無線電導航系統的缺點是:要依賴岸上的導航發射臺發射電波,如果發射臺一旦被破壞或失靈,就會出現相當大的空白區;而且易被幹擾,不能提供艦艇的航向和姿態信息等。衛星導航系統雖然可全球覆蓋定位,精度高,但須把天線升起到水面以上,其安全性仍受到質疑;如果使用別國衛星,則無自主權。在水中與外界通訊——利用無線電波 潛艇要遂行軍事任務必須要與外界有安全可靠的通信方式,而且露出水面的浮標天線也有被敵方雷達探測到的可能。 目前潛艇在水下如不施放通訊浮標,是無法主動與岸上聯絡的,如給彈道導彈核潛艇發送發射核彈的命令等。 隨著激光技術的發展,人們又把目光投向衛星對潛激光通信。


姜一夫


定期浮上來接收短波信息,再潛下去


分享到:


相關文章: