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一种基于卫星的对潜激光通信研究

时间:2018-03-05 20:53:32    来源:互联网整理    作者:匿名  浏览次数:
[导语]   分析了蓝绿激光在潜艇上使用的优缺点与部分关键技术,根据对潜通信特点提出了一种混合利用现有通信手段与激光通信的组网方式。【关键词】卫星激光通信;对潜通信【Abstract】Th

分析了蓝绿激光在潜艇上使用的优缺点与部分关键技术,根据对潜通信特点提出了一种混合利用现有通信手段与激光通信的组网方式。

【关键词】卫星激光通信;对潜通信

【Abstract】This paper analyzes the advantages and disadvantages of the use of blue - green laser in the submarine and some key technologies. Based on the characteristics of latent communication, this paper proposes a network of using existing communication means and laser communication.

【Key words】Satellite laser communication; Submarine communication

0 引言

潜艇具有隐蔽性好、打击能力强、连续持航时间长的特点,是大国二次核打击的中坚力量。但受限其特殊的工作环境,信息传输困难,与其他平台的沟通能力弱。潜艇在较为安全的水下进行通信时,主要依赖甚低频(VLF:3~30 kHz),通信速率极度受限,仅为几十bps;如需进行较高速率的业务时,则需浮出水面进行无线通信,潜艇的隐蔽性则会大大降低;同时随着新形势的发展,潜艇平台的传统通信手段难以满足不断增加的大容量数据传输需求。

1 激光通信特点

激光通信拥有传统卫星通信手段不可比拟的通信速率上的优势,通过仿真[1],可以实现2.5Gbps的信息速率,远大于目前任意一种卫星通信所支持的速率。从1963年证实了蓝绿激光对海水的投射性以来,美国、前苏联、英国等研究表明均开展了相关的研究,这些波长为420nm-540nm的特定蓝绿光,在一定功率条件下,在海水中的穿透能力可以达到600m,使用该通信手段时,潜艇无需浮出水面,在水下数百米即可完成高速的业务通信,美军在20世纪80 年代的多次试验表明,通过搭载蓝绿激光发射器的飞机在数千米高空,对水下300m深的潜艇实现业务通信是可行的。激光通信还具有极强的方向性,仅在极窄的波束范围内可以被探测到信号,相比其他形式的无线电通信,天然具有良好的通信隐蔽性。

2 对潜通信典型架构

我国在对潜激光通信的研究开始得相对较晚,目前主要从事单元技术、系统理论、计算机仿真以及蓝绿激光水下传输实验等方面的研究。一个典型的蓝绿激光对潜通信系统结构框图如图1所示。首先由信道将待发送信号编码,转换为数字化的电脉冲信号,再由激光发射器去调制激光载波,使被发射的激光信号参数(如相位、频率等)随信号的变化而变化,随后,发射天线将携带信息的光载波发向接收端,接收的过程则为发射的逆过程。

图1 接收发射过程

通過上图可以看到,传输过程主要包括发射机、海水大气信道、接收天线组成,目前主要技术难点包括:针对激光传输的海水/大气信道模型建立、激光光源的设计、调制解调及编解码的优化选择等,这些关键技术均已开展了相关技术研究[2]。同时还应注意到在使用中,发射天线和接收天线距离远,且激光的波束宽度小,极窄的波束宽度要求的对星精度远远大于现有系统,对高速度、高精度的对准装置提出了新的要求,特别初始对星时的信号捕获较为困难,为了降低激光通信的复杂度,满足更便捷的组网使用,系统架构可采用混合频段的通信组网形式[3]。

3 一种典型组网示例

3.1 组网形式

一个对潜激光通信通信组网示例如下。

图2 潜艇通信组网示意图

通信包括三个过程:1、潜艇通过浮标等形式的通信手段,以传统中低频段卫星与岸基站取得联系,建立低速链接,将当前位置信息等告知岸基(此时为降低位置潜艇暴露可采用扩频、跳频等隐蔽通信手段)。2、岸基站通知可覆盖潜艇位置的激光通信卫星进入准备状态,卫星完成卫星波束的移动、功率调整等操作,进入到等待潜艇高速回传的状态,岸基站同时通知潜艇激光卫星链路已备妥。3、潜艇站收回浮标,停止传统通信业务,在水下通过APT装置以扫描的形式搜索卫星,确定卫星位置后,即建立链路后,进入高速数据回传状态[4]。

3.2 组网特点

通过该形式,可充分利用现有技术条件及激光通信的特点:通过传统卫星通信手段,利用中低频段卫星通信对星简便、技术成熟度高的优点,潜艇可通知岸基站预先调整激光卫星,将本次高速通信前的先验信息,以极短的报文传送至岸基,再由岸基推送至激光通信卫星,激光卫星调整波束位置来降低潜艇对星过程所花费的时间,也可同时调整波束大小(集中功率)提高卫星链路的系统余量,提高通信的可靠性。

4 结语

在实际通信中应用激光通信这类新技术,如前所述,还存在诸多关键技术有待攻克。但其作为未来对潜通信发展的趋势,尽早、更多的开展相关工程化研究,有助于可更好的完善我国天基通信系统。

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