水下无线通信装备发展研究
水下无线通信装备发展研究
水下无线通信（UWC）装备是海洋环境观察与监测系统、水下传感器网络的关键构成。目前，应用较成熟的UWC装备主要有水声通信装备、水下光通信装备、水下电磁波通信装备；新兴的水下磁感应通信也获得了实际应用研究。在民用领域，UWC装备在海洋生物观测、海洋环境污染监控、海上石油及天然气资源勘探、海洋自然灾害监测预警、海洋环境变化研究等方面发挥了重要作用。在军用领域，UWC装备能够辅助完成各类战术行动，如水下目标信息回传、港口及目标海域监控、沿海及领海安全保障、水下运载平台集群协同等。
一、前言
海洋因面积广阔、蕴含着丰富资源而吸引人类不断进行探索，各国在海洋资源开发、维护海洋安全、保障海洋权益等方面已经展开了竞争与合作。在海洋强国建设战略提出后，我国进一步提高了对海洋战略空间的重视程度。其中，开展目标海洋区域的环境观察与监测、获取并传输大范围海洋环境数据，是实现海洋进入、保护、开发等目标任务的关键环节。
水下无线通信（UWC）装备是海洋环境观察与监测系统、水下传感器网络的关键构成。目前，应用较成熟的UWC装备主要有水声通信装备、水下光通信装备、水下电磁波通信装备；新兴的水下磁感应通信也获得了实际应用研究。在民用领域，UWC装备在海洋生物观测、海洋环境污染监控、海上石油及天然气资源勘探、海洋自然灾害监测预警、海洋环境变化研究等方面发挥了重要作用。在军用领域，UWC装备能够辅助完成各类战术行动，如水下目标信息回传、港口及目标海域监控、沿海及领海安全保障、水下运载平台集群协同等。
对于多数的UWC装备类型，我国仍处于“起步晚、发展缓、应用少”的发展阶段，不利于在海洋权益竞争态势逐步加剧的背景下维护海洋权益，相关装备技术发展需求迫切。为此，本文从UWC装备技术难点及解决方法的角度出发，梳理国内外发展现状，总结未来发展趋势，剖析国产装备存在的差距和行业发展的核心瓶颈，进而提出相应发展建议，以为先进海洋装备研制布局、海洋通信装备能力提升等提供参考。
二、水下无线通信技术难点
水下环境存在通透性差、压力大等特征，导致水下数据感知难、传输难，加大了海洋探索和调查的挑战性。声波、光波、电磁波都可作为UWC的潜在波形，用于水下环境中的信息传输。大量的UWC技术研究及设备研制围绕此展开（见图1）
图1 UWC场景示意图
（一）水声通信技术
水声通信（UAC）是在水下覆盖数百米至数千千米范围，实现信息无线远距离传输的唯一可靠手段。水声信道是声信号从发射端到接收端所经历的无线传输环境，存在通信带宽受限、频率相关衰减大、有色环境噪声强、多径时延扩展高、信道时变速度快、多普勒效应严重等情况，被视为最复杂的无线传输信道之一。水声信道直接导致UAC信号出现能量衰减、信号畸变，影响UAC的通信质量，是制约UAC技术发展的主要难题。
- 衰减和有色噪声