衛(wèi)星、聲波、二進(jìn)制……水下通信究竟有哪些可能？

原標(biāo)題：衛(wèi)星、聲波、二進(jìn)制……水下通信究竟有哪些可能？

盡管目前對(duì)無線電通信的發(fā)明人，業(yè)界還有所爭議。但不可否認(rèn)的是，無線電通信確實(shí)極大地改變了我們的世界。從之前的車馬郵差到現(xiàn)在的千里傳音，世界正因此而越來越成為一個(gè)小小的村莊。

而且，人類還在不斷地?cái)U(kuò)展著無線通信的范圍。從開始的只有樓上樓下的距離，到現(xiàn)在的地面與太空的距離，甚至我們還在向宇宙深處發(fā)射人類信號(hào)。無線通信正在成為人類探索宇宙深空的有力工具。

然而，盡管無線通信的觸角已經(jīng)伸向了外太空，但對(duì)地球本身的某些區(qū)域而言，它又似乎并沒有達(dá)到理想的預(yù)期值。比如要想在水中獲得和地面、太空中相似的無線通信效果，難度就很不小。

自帶天線的水下通信“遠(yuǎn)古時(shí)代”

對(duì)人類來說，水下的信號(hào)傳播主要集中在海洋里。

與空氣相比，水體對(duì)雖然也能進(jìn)行進(jìn)行信號(hào)傳播，但由于在這個(gè)過程中信號(hào)會(huì)由于水的阻擋、吸收等作用而變得微弱乃至消失。這就令無線信號(hào)在水中的呈現(xiàn)出傳播速度慢、通信距離短的特征。

但作為在海底活動(dòng)最為頻繁的潛艇來說，難道因?yàn)闊o線信號(hào)傳輸太難就要一年半載地保持沉默嗎？至少從信息價(jià)值的角度來說，半年入港更新一次信息未免黃花菜都涼了。因此，為了應(yīng)付潛艇的通信，專家們也是想了很多辦法。

1. 自帶天線。既然無線通信不靠譜，那我給弄根線不就完了嗎？上個(gè)世紀(jì)的很多潛艇頂部都會(huì)安裝幾根天線，在需要向外界傳播信息的時(shí)候上浮潛艇，將天線送到離海面很近或者完全露出海面，然后再完成發(fā)報(bào)任務(wù)。另外，有的潛艇會(huì)采用放出來一個(gè)漂浮物，利用上面的天線進(jìn)行短波通信。

相信即便是對(duì)通信技術(shù)零接觸的朋友也能讀出來：潛艇就是為了出其不意地進(jìn)行水下打擊，這樣公開暴露出天線或者漂浮物，那不就明擺著給敵人一個(gè)活靶子？所以，這招緊急情況下用用可以，如果頻繁地暴露，估計(jì)離被擊沉也不遠(yuǎn)了。

2. 長波通信。由于短波的頻率較高，其在水中的衰減也就愈甚。那么，潛艇在通信的時(shí)候采用長波就成為了比較可行的辦法之一。長波的優(yōu)勢是其可以深入到水中20米左右的深度，而經(jīng)過一系列的配套設(shè)施建設(shè)，長波的通信距離可達(dá)上千公里、深度超過百米。這樣對(duì)潛艇在通信時(shí)保持安全性是有很大的作用的。

但長波也有長波的問題。要想實(shí)現(xiàn)上千公里的潛艇通信，對(duì)發(fā)信設(shè)施的要求是非常高的。一般的長波通信天線可長達(dá)數(shù)百米，而美國為了進(jìn)行超長波通信，建設(shè)了兩個(gè)距離超過200公里的發(fā)信基站，天線總長達(dá)到了135公里。這個(gè)長波電臺(tái)的輻射范圍約7000-8000公里，深度達(dá)到110，可以說是相當(dāng)強(qiáng)悍了。

那么，陸地有條件建設(shè)這種東西給潛艇發(fā)信號(hào)，但要想讓潛艇也這么做，看起來顯然是不現(xiàn)實(shí)的。一邊游弋一邊拖個(gè)幾百米的大尾巴，怎么想怎么覺得太滑稽。

這種聽起來原始而麻煩的水中通信解決方案，正體現(xiàn)了水下通信的難度。但技術(shù)不能總是原地徘徊，在各種需求不斷提升過程中，水下通信的方案也越來越多地被提了出來。

從衛(wèi)星到二進(jìn)制：為了更迅捷的水下通信

1977年，美國為了應(yīng)對(duì)潛艇通信問題，提出了以衛(wèi)星和藍(lán)綠激光為手段的技術(shù)方案。

藍(lán)綠光通信屬于激光通信的一種，而海水對(duì)這種藍(lán)綠波段的可見光吸收是很小的，因此藍(lán)綠光在海水中具有極強(qiáng)的穿透力。不僅如此，藍(lán)綠光對(duì)產(chǎn)生極端天氣的云層等都有很強(qiáng)的穿透力，再加上光束的方向確定性，其成為了海洋激光通信的絕佳載體。

美國海軍提出的計(jì)劃就是，在確定潛艇位置之后，利用衛(wèi)星向其發(fā)送藍(lán)綠光，由此建立起潛艇、衛(wèi)星、指揮中樞三位一體的通信結(jié)構(gòu)。并且，為了不占用原有的微型資源，其還要向太空中發(fā)射專用的藍(lán)綠光通信衛(wèi)星。然而該計(jì)劃在八九十年代興起了一陣之后，漸漸沒有了聲息?；蛟S我們可以將其看做冷戰(zhàn)期間技術(shù)比拼的產(chǎn)物，因此隨著冷戰(zhàn)的結(jié)束，軍事威脅降低，發(fā)射衛(wèi)星這么大的動(dòng)作也就被暫時(shí)擱置了。

激光之外，傳遞聲信號(hào)也是一項(xiàng)各個(gè)國家非常重視的技術(shù)，這就是水聲通信。

利用聲波傳遞信號(hào)，應(yīng)對(duì)的就是無線信號(hào)在水中傳播不暢的問題。將文字、語音、圖像等信息進(jìn)行電信號(hào)到聲信號(hào)的處理，然后通過水來傳播到目標(biāo)上的接收器；接收器在接受到聲信號(hào)之后，進(jìn)行反向處理，然后得到原始的語音、文字、圖像等資料。

聲信號(hào)的優(yōu)勢就是其衰減的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無線信號(hào)，也就具備了遠(yuǎn)程傳播的能力。但問題在于，雖然占據(jù)了里程優(yōu)勢，聲信號(hào)傳播的速率卻還是值得進(jìn)一步提升的，比如傳遞的速度太慢。而隨著各國對(duì)海洋探測的重視，水聲通信技術(shù)也將成為下一個(gè)搶占的技術(shù)領(lǐng)先點(diǎn)。

而最近麻省理工新開發(fā)的一項(xiàng)無線系統(tǒng)，則有可能對(duì)海洋通信產(chǎn)生新的積極影響。

研究人員們利用一個(gè)水下聲吶發(fā)射裝置向水面發(fā)送聲波信號(hào)，在水面的時(shí)候產(chǎn)生與二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?和1”相對(duì)應(yīng)的微小振動(dòng)。再利用一個(gè)接收器對(duì)這些二進(jìn)制振動(dòng)進(jìn)行信息解讀，然后就可以達(dá)到信息還原的目的。當(dāng)然，這個(gè)接收器必須要特別敏感，否則發(fā)現(xiàn)不了信號(hào)也是白搭。

這種方法簡單來說就類似于海底設(shè)備在海面上敲了個(gè)暗語，然后接收器給分析了出來。那么，當(dāng)風(fēng)平浪靜的時(shí)候，接收器或許還能看得出是什么字；那如果巨浪滔天的話，可能就比較麻煩了。

事實(shí)上，研究人員也正在向這方面努力，將海面波浪的影響降到最低。如果技術(shù)成熟的話，其產(chǎn)生的價(jià)值也是很值得期待的。

通信或是未來海洋探測的先行軍

我們上面的許多水中通信技術(shù)的立足點(diǎn)都是基于潛艇的，由此可見，將來有一天海底通信能像陸地的無線通信這樣質(zhì)量高、速度快、保密性強(qiáng)的話，潛艇將是第一個(gè)受益者。但這并不意味著水中通信技術(shù)僅限于潛艇的使用。

比如以下幾個(gè)應(yīng)用從場景。

1. 黑匣子尋找。黑匣子作為調(diào)查分析飛機(jī)失事原因的重要記錄，在設(shè)計(jì)的時(shí)候自然也融入了很多技術(shù)以方便搜索。比如匣體被設(shè)計(jì)為反光材料以便于在陸地尋找，定位信標(biāo)則主要主要是通過發(fā)出超聲波來方便探測，而且只能在1600-3000米的范圍內(nèi)被檢測到，其中還會(huì)受到海洋障礙物的諸多影響。如果在電池用盡之后仍然找不到，可能事故的原因?qū)㈦S著黑匣子一起永遠(yuǎn)埋在海底了。

如果將通信技術(shù)移植到黑匣子的身上，在其進(jìn)入海中的時(shí)候自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)的功能，將會(huì)大大方便外界探測和接收信號(hào)，從而迅速查明事故原因，盡快避免類似情況的發(fā)生。

2. 水下機(jī)器人研發(fā)。目前，越來越多的海洋勘探、海洋考古任務(wù)開始使用水下機(jī)器人進(jìn)行功作業(yè)。由于通信技術(shù)的限制，很多情況下只能在機(jī)器人出水之后對(duì)資料進(jìn)行分析處理，局限性很大。水中通信技術(shù)的加載可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)水底情況的實(shí)時(shí)反饋，從而對(duì)探測內(nèi)容作出相應(yīng)的調(diào)整。

可以預(yù)期的是，隨著海洋在各國規(guī)劃和發(fā)展中越來越占據(jù)重要的戰(zhàn)略地位，關(guān)于海洋探索的技術(shù)也將不斷更新和迭代。又因海洋資源集中在海底，海底通信技術(shù)也成為解決一切問題的前提。在這種需求與競爭之下，水中通信也許即將在不遠(yuǎn)的未來產(chǎn)生令人期待的突破。

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