一、前言

海洋因面積廣闊、蘊(yùn)含著豐富資源而吸引人類不斷進(jìn)行探索，各國(guó)在海洋資源開(kāi)發(fā)、維護(hù)海洋安全、保障領(lǐng)海權(quán)益等方面已經(jīng)展開(kāi)了競(jìng)爭(zhēng)與合作。在海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)戰(zhàn)略提出后，我國(guó)進(jìn)一步提高了對(duì)海洋戰(zhàn)略空間的重視程度。其中，開(kāi)展目標(biāo)海洋區(qū)域的環(huán)境觀察與監(jiān)測(cè)、獲取并傳輸大范圍海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)海洋進(jìn)入、保護(hù)、開(kāi)發(fā)等目標(biāo)任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

水下無(wú)線通信（UWC）裝備是海洋環(huán)境觀察與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵構(gòu)成。目前，應(yīng)用較成熟的UWC裝備主要有水聲通信裝備、水下光通信裝備、水下電磁波通信裝備；新興的水下磁感應(yīng)通信也獲得了實(shí)際應(yīng)用研究。在民用領(lǐng)域，UWC裝備在海洋生物觀測(cè)、海洋環(huán)境污染監(jiān)控、海上石油及天然氣資源勘探、海洋自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警、海洋環(huán)境變化研究等方面發(fā)揮了重要作用。在軍用領(lǐng)域，UWC裝備能夠輔助完成各類戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)，如水下目標(biāo)信息回傳、港口及目標(biāo)海域監(jiān)控、沿海及領(lǐng)海安全保障、水下運(yùn)載平臺(tái)集群協(xié)同等。

對(duì)于多數(shù)的UWC裝備類型，我國(guó)仍處于“起步晚、發(fā)展緩、應(yīng)用少”的發(fā)展階段，不利于在海洋權(quán)益競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)逐步加劇的背景下維護(hù)海洋權(quán)益，相關(guān)裝備技術(shù)發(fā)展需求迫切。為此，本文從UWC裝備技術(shù)難點(diǎn)及解決方法的角度出發(fā)，梳理國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，剖析國(guó)產(chǎn)裝備存在的差距和行業(yè)發(fā)展的核心瓶頸，進(jìn)而提出相應(yīng)發(fā)展建議，以為先進(jìn)海洋裝備研制布局、海洋通信裝備能力提升等提供參考。

二、水下無(wú)線通信技術(shù)難點(diǎn)

水下環(huán)境存在通透性差、壓力大等特征，導(dǎo)致水下數(shù)據(jù)感知難、傳輸難，加大了海洋探索和調(diào)查的挑戰(zhàn)性。聲波、光波、電磁波都可作為UWC的潛在波形，用于水下環(huán)境中的信息傳輸。大量的UWC技術(shù)研究及設(shè)備研制圍繞此展開(kāi)（見(jiàn)圖1）

圖1 UWC場(chǎng)景示意圖

（一）水聲通信技術(shù)

水聲通信（UAC）是在水下覆蓋數(shù)百米至數(shù)千千米范圍，實(shí)現(xiàn)信息無(wú)線遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奈ㄒ豢煽渴侄巍?/strong>水聲信道是聲信號(hào)從發(fā)射端到接收端所經(jīng)歷的無(wú)線傳輸環(huán)境，存在通信帶寬受限、頻率相關(guān)衰減大、有色環(huán)境噪聲強(qiáng)、多徑時(shí)延擴(kuò)展高、信道時(shí)變速度快、多普勒效應(yīng)嚴(yán)重等情況，被視為最復(fù)雜的無(wú)線傳輸信道之一。水聲信道直接導(dǎo)致UAC信號(hào)出現(xiàn)能量衰減、信號(hào)畸變，影響UAC的通信質(zhì)量，是制約UAC技術(shù)發(fā)展的主要難題。

1. 衰減和有色噪聲

在能量衰減方面，水聲信道的重要特征之一即傳播過(guò)程中的吸收能量損失取決于聲信號(hào)頻率，吸收系數(shù)隨著頻率的提高而迅速增大。聲信道中包含的噪聲主要由海洋環(huán)境噪聲、特定區(qū)域噪聲組成：前者的聲源構(gòu)成非常復(fù)雜，含有風(fēng)浪噪聲、湍流噪聲、船舶噪聲、熱噪聲等；后者與區(qū)域地點(diǎn)密切相關(guān)，如北極海域出現(xiàn)的冰層斷裂噪聲、淺海海域養(yǎng)殖蝦蟹的鉗子發(fā)出的近似沖擊噪聲等。不同的噪聲經(jīng)過(guò)疊加，導(dǎo)致海洋噪聲呈現(xiàn)明顯的非白功率譜特征。衰減隨頻率的提高而增大，海洋噪聲隨著頻率的提高而下降，使得通信頻帶內(nèi)的信噪比出現(xiàn)明顯變化。

衰減和噪聲降低了接收信號(hào)的信噪比，可能出現(xiàn)解調(diào)誤碼。在傳輸信息中引入冗余比特，采用卷積碼、低密度奇偶校驗(yàn)碼、極化碼等信道糾錯(cuò)編碼，是UAC中的有效解決方法。在接收端使用接收陣列進(jìn)行信號(hào)采集和處理，同樣可以提升接收信噪比。

2. 帶寬受限嚴(yán)重

不同于空氣中無(wú)線電傳播所具有的廣闊頻帶資源，水下聲傳輸受到能量吸收衰減的嚴(yán)重制約，如傳輸距離為10 km的理想可用信號(hào)帶寬僅為數(shù)十千赫茲，傳輸距離為100 km時(shí)的可用信號(hào)帶寬僅為1 kHz?？梢?jiàn)，如此受限的通信帶寬，嚴(yán)重制約了水下通信速率。

為了在有限帶寬內(nèi)最大限度地提高通信速率，UAC技術(shù)的發(fā)展歷程為：從模擬通信技術(shù)向數(shù)字通信技術(shù)過(guò)渡，從非相干通信技術(shù)向相干通信技術(shù)過(guò)渡，從單載波通信過(guò)渡向多載波通信過(guò)渡，從單發(fā)單收向多發(fā)多收過(guò)渡。多發(fā)多收技術(shù)、同時(shí)同頻全雙工技術(shù)、非正交多址接入技術(shù)等的應(yīng)用，同樣可以提升通信速率、改善有限帶寬內(nèi)的頻帶利用率。

3. 多徑時(shí)延擴(kuò)展

海洋環(huán)境中的多徑效應(yīng)多由兩種現(xiàn)象疊加導(dǎo)致。例如，聲波在海洋波導(dǎo)環(huán)境中經(jīng)由海面、海底反射，在傳播過(guò)程中產(chǎn)生彎曲；造成聲線彎曲的本質(zhì)原因是海洋中的聲速變化。在淺水中，溫度和壓力比較穩(wěn)定，聲速變化較?。ㄏ鄬?duì)恒定）；隨著傳播距離的增加，聲波不斷經(jīng)由海面、海底反射形成多徑，導(dǎo)致時(shí)延擴(kuò)展、碼間干擾增加。在深水中，除去海面、海底反射情況，聲速關(guān)于深度而變化，聲線同樣在聲道軸內(nèi)的波導(dǎo)環(huán)境中不斷“反射”，因而表現(xiàn)出較強(qiáng)的多徑效應(yīng)。聲信道的時(shí)域沖擊響應(yīng)函數(shù)受反射影響，決定了傳播路徑的數(shù)量、強(qiáng)度和時(shí)延。

為了應(yīng)對(duì)多徑時(shí)延擴(kuò)展引入的碼間干擾，學(xué)術(shù)界針對(duì)UAC技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。通過(guò)信道估計(jì)并結(jié)合迫零均衡、最小均方誤差均衡等方式，可以消除碼間干擾。單載波、多載波系統(tǒng)都可以結(jié)合更為先進(jìn)的Turbo均衡技術(shù)，以消除符號(hào)間干擾、額外的噪聲影響。正交頻分復(fù)用（OFDM）等多載波信號(hào)，可引入循環(huán)前綴、零前綴等保護(hù)間隔來(lái)消除碼間干擾。

4. 信道時(shí)變速度快

水聲信道的時(shí)變性強(qiáng)，其成因包括季節(jié)性變化、每日潮汐等因素導(dǎo)致的緩慢大尺度變化，海面波浪、氣泡等因素導(dǎo)致的快速小尺度變化。根據(jù)傳輸信號(hào)的持續(xù)時(shí)間對(duì)各種尺度變化進(jìn)行區(qū)分，有助于提升通信質(zhì)量。緩慢大尺度變化主要影響信號(hào)的平均功率，快速小尺度變化通過(guò)改變信道瞬時(shí)沖擊響應(yīng)來(lái)影響信號(hào)的瞬時(shí)水平。大尺度變化的建模分析支持信號(hào)的自適應(yīng)功率控制以提升信號(hào)的信噪比，小尺度變化的建模分析支持實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)和均衡等方面的自適應(yīng)信號(hào)處理。

在緩慢大尺度變換上，由于時(shí)變性主要影響信號(hào)的功率，故自適應(yīng)功率控制技術(shù)在功率節(jié)約、性能改進(jìn)等方面都能產(chǎn)生較好的效果。在面對(duì)快速變化的小尺度時(shí)變影響時(shí)，自適應(yīng)調(diào)制及解調(diào)技術(shù)是良好的解決手段。然而，任何尺度變化都需要收發(fā)兩端具備反饋能力并形成反饋鏈路，從而使收發(fā)兩端具備水下環(huán)境感知能力；從反饋技術(shù)中獲得的性能改進(jìn)，無(wú)論是自適應(yīng)調(diào)制還是指令傳輸，取決于反饋給發(fā)射機(jī)的信道狀態(tài)信息質(zhì)量。

5. 多普勒效應(yīng)嚴(yán)重

水下聲速約為1500 m/s，水下聲信號(hào)面對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)時(shí)具有較大的多普勒頻移。UAC中信號(hào)帶寬、中心頻率的量級(jí)接近，故UAC一般屬于寬帶通信；面對(duì)較大的多普勒尺度因子時(shí)，各通信頻點(diǎn)將遭受不均勻的非一致多普勒頻移。多載波UAC系統(tǒng)面對(duì)非一致的大尺度多普勒頻移時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)畸變，進(jìn)而惡化通信系統(tǒng)性能。

UAC中的多普勒頻移表現(xiàn)為大尺度、非一致特性，無(wú)法采用類似窄帶無(wú)線電通信中的一致多普勒頻移補(bǔ)償方法，僅可采用載波相位跟蹤、載波頻率補(bǔ)償?shù)确绞?/strong>。UAC中一般需要先對(duì)大尺度多普勒因子進(jìn)行估計(jì)，再使用頻域插值、時(shí)域重采樣等方法抵消水聲多普勒效應(yīng)。還可采用正交時(shí)頻空調(diào)制等具有多普勒魯棒性的新型多載波波形，代替?zhèn)鹘y(tǒng)OFDM等波形進(jìn)行水下信息傳輸。

各類通信場(chǎng)景需求催生了更多具有針對(duì)性的UAC技術(shù)。面向UAC對(duì)抗需求，通常在攻防兩端應(yīng)用UAC信號(hào)偵查與干擾、干擾背景下UAC干擾抑制等技術(shù)。面向水聲隱蔽通信需求，較多應(yīng)用仿鯨魚或海豚等海洋生物的仿生通信、基于船舶輻射噪聲的偽裝通信等技術(shù)。

（二）水下光通信技術(shù)

UAC帶寬受限嚴(yán)重，即使收發(fā)兩端UAC機(jī)距離較近時(shí)的通信速率也難以提高。具有更高帶寬潛力的水下無(wú)線光通信（UWOC）技術(shù)成為研究重點(diǎn)。然而，鑒于海洋水環(huán)境的復(fù)雜性，在建立可靠UWOC鏈路方面同樣存在較高的技術(shù)挑戰(zhàn)。

水對(duì)光波具有吸收作用，光譜內(nèi)絕大部分光波在水中的能量衰減較大，因而在傳播距離上無(wú)法與千米級(jí)UAC技術(shù)相比。然而，海水中光波傳播特性研究發(fā)現(xiàn)，光譜中的藍(lán)綠色波段是水下衰減相對(duì)弱的光學(xué)窗口，這為光波在水下實(shí)現(xiàn)短距離高速傳輸提供了理論基礎(chǔ)。采用藍(lán)綠色大功率激光發(fā)射器的UWOC機(jī)，在實(shí)驗(yàn)條件下最遠(yuǎn)可在水下傳播數(shù)百米。目前，主要通過(guò)開(kāi)發(fā)高性能發(fā)射機(jī)設(shè)備、融合增加系統(tǒng)帶寬的新技術(shù)等，提高UWOC系統(tǒng)的傳輸速率和水下傳輸距離。在激光通信系統(tǒng)中，采用光注入鎖定、光電反饋技術(shù)將外部光源注入，可顯著增加通信系統(tǒng)調(diào)制帶寬。對(duì)于發(fā)光二極管（LED）設(shè)備，傾向于采用氮化銦鎵等新型材料、將單個(gè)大型LED改造為多像素LED陣列等設(shè)計(jì)來(lái)提高通信系統(tǒng)帶寬和通信速率。

UWOC對(duì)水體濁度、海洋湍流、懸浮氣泡等水文條件具有較高的要求。海洋湍流通常由海水的溫度、鹽度、壓力變化以及水體中的懸浮氣泡引起，可以持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。水下無(wú)線激光通信系統(tǒng)對(duì)光束定位、捕獲、跟蹤都有嚴(yán)格要求，而海洋湍流以及懸浮氣泡的存在將導(dǎo)致光束波動(dòng)以及進(jìn)一步的光束失調(diào)，因而維持光束跟蹤能力尤為困難。海洋湍流同樣會(huì)引發(fā)光信號(hào)產(chǎn)生隨機(jī)變化（閃爍），導(dǎo)致光子在水體介質(zhì)中的傳播方向發(fā)生隨機(jī)變化，而光束方向出現(xiàn)的微小變化也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)衰減。分析并建模水下湍流的統(tǒng)計(jì)特征以及對(duì)光傳播的影響，有助于緩解湍流造成的性能惡化。閃爍效應(yīng)隨著光波波長(zhǎng)的增加而顯著降低，使用較大的波長(zhǎng)可以增強(qiáng)應(yīng)對(duì)水下湍流的通信能力。使用更寬的光束也可以提高水下光通信鏈路的性能，如波束擴(kuò)展、多發(fā)多收系統(tǒng)中的空間分集。

常用的光電探測(cè)器僅有很小的有效檢測(cè)區(qū)域，需要進(jìn)行精確對(duì)準(zhǔn)，否則無(wú)法建立無(wú)線光通信的鏈路，這就導(dǎo)致多數(shù)無(wú)線光通信系統(tǒng)只能在視距范圍內(nèi)進(jìn)行通信。海水環(huán)境的快速變化，水下湍流、混濁度、水下障礙物等因素，使視距UWOC系統(tǒng)的鏈路失調(diào)難以避免。利用具有強(qiáng)散射特性的光束進(jìn)行水面反射或散射傳輸，采用與專用光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的同步及信道估計(jì)算法構(gòu)建非視距UWOC系統(tǒng)，是提高發(fā)射機(jī)覆蓋面積、緩解鏈路失配的有效方式。

光通信介質(zhì)具有可視性，因而UWOC的隱蔽性相對(duì)差。高功率的光源發(fā)射器會(huì)引發(fā)光污染，對(duì)于海洋生物日?；顒?dòng)有不利影響，也構(gòu)成了海洋生態(tài)環(huán)境的潛在威

（三）水下電磁波通信技術(shù)

盡管水下光通信具有較高的通信速率，但在跨介質(zhì)通信場(chǎng)景中，光波不易通過(guò)空氣 – 水界面，通常還需中繼器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)。相比聲 / 光通信系統(tǒng)，水下電磁波通信具有優(yōu)勢(shì)：電磁波可直接從發(fā)射基站發(fā)出并與水下目標(biāo)進(jìn)行通信，順利通過(guò)空氣 – 水界面，顯著擴(kuò)展了應(yīng)用范圍，利于建立跨介質(zhì)空間的綜合信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；電磁波面對(duì)水體湍流、濁度等具有更高的魯棒性。在部署水下電磁波通信系統(tǒng)時(shí)，需要著重優(yōu)化通信速率、天線設(shè)計(jì)、發(fā)射功率強(qiáng)度等設(shè)計(jì)參數(shù)。

與光波的水下傳輸類似，電磁波在海水中的傳輸衰減同樣較大，也表現(xiàn)出明顯的頻率相關(guān)性。例如，常見(jiàn)的2.4 GHz無(wú)線藍(lán)牙模塊在水下僅能傳播數(shù)十厘米。水下環(huán)境具有獨(dú)特的物理特征，鹽濃度、壓力、溫度、風(fēng)浪等因素導(dǎo)致海水中的電磁波衰減較為嚴(yán)重（且衰減程度隨著電磁波頻率的增加而急劇增加），因而電磁波在水下的傳播距離受限。盡管超低頻電磁波（30~300 Hz）可在海水中傳輸超過(guò)100 m，但需要大規(guī)模的發(fā)射天線基站、大尺寸的接收天線，對(duì)于體積較小的水下平臺(tái)而言并無(wú)實(shí)用價(jià)值。為了提升電磁波通信的應(yīng)用性，改進(jìn)磁性天線設(shè)計(jì)是最可能的方案，也可使用電偶極子天線來(lái)傳輸橫向電磁波。除去衰減因素，射頻信號(hào)面臨環(huán)境噪聲的不利影響，需要將信道估計(jì)、噪聲抑制等功能模塊進(jìn)行整合設(shè)計(jì)。

（四）水下磁感應(yīng)通信技術(shù)

水下磁感應(yīng)通信（UMIC）作為一種新興的UWC方式，近十年來(lái)獲得了廣泛關(guān)注。2001年，磁感應(yīng)理論與電磁波理論的本質(zhì)區(qū)別得以明確，建立了磁感應(yīng)通信領(lǐng)域理論構(gòu)建的基礎(chǔ)。磁感應(yīng)通信的優(yōu)勢(shì)在于水下傳播過(guò)程經(jīng)歷的信道具有弱多途、弱多普勒干擾、可跨介質(zhì)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。線圈輻射電阻遠(yuǎn)小于電偶極子的輻射電阻，只有極少數(shù)能量通過(guò)磁感應(yīng)通道輻射到遠(yuǎn)場(chǎng)并形成多徑，即為弱多途；傳播速度接近于光速，幾乎不存在多普勒干擾。海水的溫度、濁度、鹽度等影響聲、光、電磁波的水下傳輸，但海水的磁導(dǎo)率幾乎與空氣相同，因而磁感應(yīng)波的信道響應(yīng)更加穩(wěn)定且可預(yù)測(cè)，也使磁感應(yīng)通信具有良好的跨介質(zhì)應(yīng)用前景。磁感應(yīng)通信的傳輸和接收都是通過(guò)小尺寸的法拉第線圈來(lái)完成，故磁感應(yīng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化、提升通信隱蔽性；但與光、電磁波的水下傳輸類似，僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)十米距離的UWC。

在UMIC過(guò)程中，線圈方向的頻繁變化導(dǎo)致接收信噪比不可控，因而UMIC解調(diào)性能的可靠性不佳。相關(guān)研究重點(diǎn)是設(shè)計(jì)對(duì)線圈方向不敏感的天線，逐步從傳統(tǒng)單向磁感應(yīng)天線向多向磁感應(yīng)天線發(fā)展，如三向磁感應(yīng)天線、超材料增強(qiáng)磁感應(yīng)天線、球形線圈陣列封閉環(huán)路天線。在優(yōu)化水下天線設(shè)計(jì)、盡可能保證傳輸質(zhì)量及可靠性后，磁感應(yīng)通信在水下“傳得遠(yuǎn)、傳得快”成為關(guān)注重點(diǎn)。對(duì)于以水下平臺(tái)和潛標(biāo)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控為代表的遠(yuǎn)距離、大規(guī)?；ネɑヂ?lián)的水下應(yīng)用而言，UMIC實(shí)際應(yīng)用的傳輸距離是關(guān)鍵指標(biāo)。為了解決UMIC傳輸距離的不足，可在發(fā)射端、接收端之間部署中繼單元，構(gòu)建多跳磁感應(yīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)中繼是否需要額外的電源和處理單元，磁感應(yīng)中繼傳輸可分為無(wú)源多線圈磁感波導(dǎo)傳輸、有源主動(dòng)中繼傳輸兩類。UMIC固有帶寬受限、渦流能量損耗嚴(yán)重，相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸速率偏低。通常采用多波段擴(kuò)展諧振器、空間域多收發(fā)天線陣列的方式來(lái)提高通信速率。從技術(shù)角度看，現(xiàn)有方法大致分為擴(kuò)展通信帶寬的多頻段磁感應(yīng)通信、多輸入多輸出磁感應(yīng)通信]兩類。

三、國(guó)內(nèi)外水下無(wú)線通信裝備發(fā)展現(xiàn)狀

（一）水聲通信裝備

1. 國(guó)外水聲通信裝備

國(guó)外UAC裝備已經(jīng)歷了從UAC技術(shù)研究到原理樣機(jī)研發(fā)、再到譜系化裝備制造的發(fā)展過(guò)程。美國(guó)Teledyne Marine公司研制的ATM譜系化水聲通信機(jī)，采用相移鍵控、多頻鍵控（MFSK）、跳頻等通信調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)從80 bps（>6 km）到15.4 kbps（>2 km）的通信速率。美國(guó)LinkQuest公司研制的SoundLink UWM系列水聲通信機(jī)，水平通信距離超過(guò)10 km，使用場(chǎng)景包含淺海和深海，能以極低的誤碼率實(shí)現(xiàn)近程UAC（最大速率為38.4 kbps）。德國(guó)Evologics公司研制的S2C-R系列、S2C-M系列、S2C-T系列水聲通信機(jī)，通過(guò)中高頻通信頻帶覆蓋了中遠(yuǎn)程通信距離，最遠(yuǎn)水平通信距離超過(guò)10 km。英國(guó)Sonardyne公司研制的Modem 6系列水聲通信機(jī)，能以9 kbps的有效通信速率覆蓋5 km以內(nèi)的范圍；與各類水下環(huán)境感知傳感器配套，可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的監(jiān)測(cè)，水下工作時(shí)間達(dá)4 a。

2. 國(guó)內(nèi)水聲通信裝備

我國(guó)開(kāi)展UAC技術(shù)研究較晚，以20世紀(jì)70年代研制的模擬通信聲吶、20世紀(jì)80年代完成的數(shù)字UAC技術(shù)原理研究為標(biāo)志，開(kāi)啟了國(guó)產(chǎn)UAC裝備的發(fā)展歷程。當(dāng)前，海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)提升到新的高度，領(lǐng)域內(nèi)的科研院所、高校、企業(yè)積極開(kāi)展UAC技術(shù)研究和UAC裝備開(kāi)發(fā)，如中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七一五研究所、中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所，哈爾濱工程大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、廈門大學(xué)，深圳市智慧海洋科技有限公司、蘇州桑泰海洋儀器研發(fā)有限責(zé)任公司、北京聯(lián)合聲信海洋技術(shù)有限公司等。目前，我國(guó)具備較為完善的UAC裝備自主研發(fā)能力，實(shí)現(xiàn)了從UAC技術(shù)理論到科研樣機(jī)、再到試驗(yàn)樣機(jī)的平穩(wěn)過(guò)渡，研制的UAC裝備通過(guò)了各類湖試、海試驗(yàn)證。

針對(duì)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的通信需求，研制了具有數(shù)據(jù)、文字、語(yǔ)音、圖像傳輸功能的水聲通信機(jī)，在5000米級(jí)、7000米級(jí)海試中分別實(shí)現(xiàn)了10 kbps通信速率下的10-3誤碼率、10-4誤碼率的UAC傳輸。針對(duì)“奮斗者號(hào)”載人潛水器的深海垂直通信需求，研制了全海深聲學(xué)通信系統(tǒng)，在12.8 km的斜距上實(shí)現(xiàn)了包括圖像在內(nèi)的數(shù)據(jù)及指令的無(wú)線傳輸。哈爾濱工程大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)擁有MFSK、擴(kuò)頻、單載波、多載波等UAC體制的設(shè)備研制經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展的高可靠超遠(yuǎn)程擴(kuò)頻水聲通信機(jī)實(shí)現(xiàn)了100 km的水平傳輸距離，誤碼率達(dá)到10-4，適用于海洋潛標(biāo)信息實(shí)時(shí)回傳、水下無(wú)人潛航器遙控指令傳輸?shù)葓?chǎng)景；研制的水聲高速通信系統(tǒng)，搭載于“悟空號(hào)”全海深水下無(wú)人航行器，在馬里亞納海溝實(shí)現(xiàn)了2 kbps ×15 km的通信指標(biāo)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。西北工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)主要采用單載波、多載波通信體制，完成近 / 中 / 遠(yuǎn)程UAC場(chǎng)景下的理論研究：在遠(yuǎn)程穩(wěn)健UAC方面，完成了丹江口遠(yuǎn)程UAC試驗(yàn)，在10.8 km距離上實(shí)現(xiàn)了3 kbps、4.5 kbps的無(wú)誤碼通信速率；近程高速UAC通過(guò)了湖試、海試驗(yàn)證。

我國(guó)UAC裝備的譜系化發(fā)展仍有較大空間。深圳市智慧海洋科技有限公司研制了包含多個(gè)通信頻帶、覆蓋淺 / 深水域、執(zhí)行近 / 中程水聲傳輸?shù)淖V系化商用UAC裝備，具有通信導(dǎo)航一體化和組網(wǎng)擴(kuò)展功能，良好水文條件下的理論誤碼率為10-4。

（二）水下光通信裝備

1. 國(guó)外水下光通信裝備

國(guó)外較早啟動(dòng)了UWOC研究，完成了從技術(shù)理論研究到原理樣機(jī)、再到譜系化裝備制造的進(jìn)程。2008年，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下利用1064 nm波段的近紅外光，由激光發(fā)射器實(shí)現(xiàn)了2 m距離的水下傳輸，傳輸速率達(dá)到1 Gbps，驗(yàn)證了水下光傳輸?shù)目尚行浴２捎眉す庾鳛閁WOC的媒介（激光發(fā)射器的發(fā)射功率一般較大），可以實(shí)現(xiàn)水下可見(jiàn)光的高速率、遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸；但激光通信存在相干閃爍等固有不足，通信過(guò)程中收發(fā)兩端需要精確對(duì)準(zhǔn)且無(wú)遮擋，使得實(shí)用性較差?；谒{(lán)綠LED光源的UWOC裝備較多采用非相干光源，無(wú)需嚴(yán)格的精確對(duì)準(zhǔn)，加之LED光源兼顧照明和通信功能，顯著提高了UWOC的可行性和便利性。因此，研發(fā)LED光源的UWOC裝備是當(dāng)前的主流選擇。

英國(guó)Sonardyne公司研制的BlueComm 100型UWOC機(jī)，采用450 nm藍(lán)光作為光源，適用于各種水下光照條件，可在15 m范圍內(nèi)提供5 Mbps的傳輸速率；可實(shí)現(xiàn)水下視頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)腂lueComm 200系列UWOC機(jī)，采用450 nm藍(lán)光、400~800 nm波段白光作為光源，在水下高環(huán)境光干擾條件下可在150 m范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)2.5 Mbps以上的傳輸速率；研制的BlueComm 200 UV型水下光通信機(jī)，采用紫外線作為光源，對(duì)自然環(huán)境光的抗干擾能力更強(qiáng)，適用于靠近水面強(qiáng)光環(huán)境進(jìn)行作業(yè)的水下平臺(tái)。瑞士Hydromea公司研制的LUMA X系列UWOC機(jī)，包含適合深水環(huán)境使用的LUMA X型藍(lán)光通信機(jī)、適合近水面環(huán)境使用的LUMA X-UV型紫外線通信機(jī)，通信距離較短（最大僅為50 m），但最大通信速率達(dá)到10 Mbps。

2. 國(guó)內(nèi)水下光通信裝備

2017年，浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)使用頻譜高效的正品頻分復(fù)用技術(shù)，在10 m長(zhǎng)度的水下通道中實(shí)現(xiàn)了基于紅綠藍(lán)三色光、速率為9.51 Gb/s的聚合數(shù)據(jù)傳輸，誤碼率符合前向糾錯(cuò)的標(biāo)準(zhǔn)；復(fù)旦大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了基于綠光激光二極管的UWOC系統(tǒng)，使用非歸零開(kāi)關(guān)鍵控（NRZ-OOK）調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了距離為34.5 m、速率為2.7 Gbps的數(shù)據(jù)傳輸。這些技術(shù)進(jìn)展都表明，水下激光通信確實(shí)可以實(shí)現(xiàn)極高的通信速率，盡管傳輸距離有待提升。

在UWOC原理樣機(jī)、商用設(shè)備研制方面，中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所、武漢六博光電技術(shù)有限責(zé)任公司等代表了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所研制的水下藍(lán)綠光通信工程樣機(jī)，已經(jīng)用于水下潛器間高速數(shù)據(jù)傳輸、海底觀測(cè)網(wǎng)高速數(shù)據(jù)回收；2020年，11 000 m全海深高速無(wú)線藍(lán)綠光通信工程樣機(jī)支持了“奮斗者號(hào)”載人潛水器全球首次萬(wàn)米海底電視直播。武漢六博光電技術(shù)有限責(zé)任公司研制的30系列、50系列、75系列水下光通信機(jī)產(chǎn)品，最遠(yuǎn)通信距離分別為50 m、80 m、100 m。

（三）水下電磁波通信裝備

1. 國(guó)外水下電磁波通信裝備

第一次世界大戰(zhàn)期間法國(guó)將電磁波通信用于潛艇通信試驗(yàn)，是水下電磁波通信技術(shù)的早期研究與應(yīng)用。目前，潛艇采用的電磁波通信頻段多為超低頻、甚低頻頻段。超低頻在海水中的穿透深度超過(guò)百米，便于潛艇在較深水域接收信息，因而超低頻通信具有重大價(jià)值。美國(guó)、俄羅斯的超低頻通信分別采用76 Hz、82 Hz的中心頻率，可通過(guò)電磁波實(shí)現(xiàn)無(wú)中繼跨介質(zhì)、對(duì)水下超過(guò)80 m的潛艇進(jìn)行指揮通信。然而，超低頻通信具有明顯的缺點(diǎn)：通信速率僅為0.01 bps量級(jí)，不能滿足復(fù)雜指令的傳遞需求，通常僅作為通知潛艇進(jìn)行收?qǐng)?bào)作業(yè)的“振鈴”功能；超低頻率信號(hào)通常需要采用大尺寸收發(fā)天線，相關(guān)系統(tǒng)的地基天線長(zhǎng)度為數(shù)十千米，拖曳天線長(zhǎng)度超過(guò)1 km，發(fā)射功率為兆瓦級(jí)，顯著增加了實(shí)際應(yīng)用難度。甚低頻也是潛艇水下通信的常用頻段，對(duì)海水的穿透能力通常大于20 m，潛艇可以在潛望深度或潛航狀態(tài)下通過(guò)拖曳天線進(jìn)行通信。但同樣由于可用帶寬極為有限，甚低頻只能傳輸?shù)退匐妶?bào)和指令信息，無(wú)法滿足水下高速傳輸信息的需求。即使電磁波通信存在弊端，但因其能夠在沒(méi)有地面中繼器的情況下便捷地進(jìn)行遠(yuǎn)距離跨介質(zhì)傳輸，國(guó)外仍在繼續(xù)研發(fā)小型化的水下電磁波通信裝備。

2016年，美國(guó)啟動(dòng)了水下通信技術(shù)的系列研發(fā)項(xiàng)目，以推動(dòng)水下無(wú)線電通信、水下光通信、水下網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展。例如，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）提出了基于機(jī)械天線的微型輕質(zhì)無(wú)線電發(fā)射機(jī)項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)應(yīng)用于無(wú)人潛航器、潛艇、水面船、蛙人之間進(jìn)行水下信息互通互聯(lián)的微型無(wú)線電裝備；利用強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)特殊材料的機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生電磁波，以顯著減小無(wú)線發(fā)射機(jī)的體積并實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化。

2. 國(guó)內(nèi)水下電磁波通信裝備

國(guó)內(nèi)從事水下電磁波通信裝備研制的機(jī)構(gòu)較少，現(xiàn)有的相關(guān)研究集中在可行性理論分析、仿真模擬等，從裝備研發(fā)到實(shí)際應(yīng)用尚有一定的差距。海軍航空大學(xué)、海軍工程大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)水下不同頻率電磁波的傳播特性、水下環(huán)天線設(shè)計(jì)、天線輻射特性等完成了仿真分析。國(guó)防科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)水下電磁波通信技術(shù)、基于深海直射波模型的水下電磁波通信系統(tǒng)等進(jìn)行了較全面的研究。西北工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)采用電流法建立了水下電磁波高速通信系統(tǒng)模型并通過(guò)水槽測(cè)試，分別在0.5 m、0.8 m、1 m距離上實(shí)現(xiàn)了最高1 Mbps速率的無(wú)誤碼高速通信。

（四）水下磁感應(yīng)通信裝備

1. 國(guó)外水下磁感應(yīng)通信裝備

UMIC技術(shù)是新興的水下通信方式，國(guó)外正在經(jīng)歷從理論研究到原理樣機(jī)研制的發(fā)展過(guò)程。在早期，UMIC主要通過(guò)試驗(yàn)手段驗(yàn)證磁場(chǎng)在水下傳輸信息的可行性。2001年，用于淺水通信的UMIC系統(tǒng)在空氣與水混合跨介質(zhì)的250~400 m傳輸范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了100~300 bps的通信速率。2010年，英國(guó)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了基于磁感應(yīng)通信的潛水員語(yǔ)音通信系統(tǒng)（中心頻率為12 kHz），實(shí)現(xiàn)了水面、空氣、水下潛水員之間的跨介質(zhì)傳輸（距離為30 m）。UMIC具有不可聽(tīng)、不可視的特征，目前尚不存在反制偵察手段，因而軍用前景良好，得到了發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視。美國(guó)的大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)了水下磁感應(yīng)高速通信；利用磁感線圈、通用軟件無(wú)線電、MSP432微控制器，開(kāi)發(fā)了適配于無(wú)人遙控潛水器的磁感通信機(jī)模型，與水面遙控船進(jìn)行了二進(jìn)制相移鍵控通信。

2. 國(guó)內(nèi)水下磁感應(yīng)通信裝備

國(guó)內(nèi)的UMIC研究同樣處于理論和試驗(yàn)驗(yàn)證階段，高校是主要的研究力量。海軍工程大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)完成了UMIC陣列天線設(shè)計(jì)、天線特性及磁場(chǎng)仿真等研究。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)水下安全監(jiān)測(cè)場(chǎng)景，就UMIC的路徑損耗、實(shí)物系統(tǒng)構(gòu)建等進(jìn)行了仿真和方案設(shè)計(jì)。哈爾濱工程大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)基于通用軟件無(wú)線電外設(shè)模塊設(shè)計(jì)了收發(fā)端通信電路，構(gòu)建了UMIC系統(tǒng)，在混合介質(zhì)傳輸、收發(fā)端線圈為20 m條件下實(shí)現(xiàn)了10 kbps的無(wú)誤碼通信傳輸。

圖片

四、水下無(wú)線通信裝備未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

（一）基于聲、光、電、磁多?；パa(bǔ)的高速穩(wěn)健水下通信系統(tǒng)

通過(guò)聲、光、電、磁多?；パa(bǔ)，提升水下通信系統(tǒng)的可靠性與傳輸速度，增強(qiáng)各類型運(yùn)載平臺(tái)的水面 / 水下機(jī)動(dòng)航行和作業(yè)能力，是未來(lái)水下通信系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。集成水聲、光學(xué)、電磁等通信手段，深入研究跨介質(zhì)磁感應(yīng)通信、近程可見(jiàn)光通信、遠(yuǎn)程UAC等通信模式的耦合機(jī)制，在通信時(shí)延、速率、距離、功耗方面形成互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。根據(jù)實(shí)際通信場(chǎng)景需要，靈活選擇各類通信模式，使水下通信系統(tǒng)具有跨介質(zhì)的通信能力，實(shí)現(xiàn)水下平臺(tái)與岸基之間的信息高效互通互聯(lián)。

（二）水聲“探通導(dǎo)”功能一體化裝備架構(gòu)

當(dāng)前的水聲探測(cè)、UAC、聲學(xué)定位導(dǎo)航設(shè)備多為獨(dú)立設(shè)計(jì)和應(yīng)用，相關(guān)設(shè)備的體積占用、功耗、頻帶資源分配等受到嚴(yán)格約束，不利于在小型水下平臺(tái)上部署使用。然而從功能角度看，水聲探測(cè)、UAC、聲學(xué)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)架構(gòu)、信號(hào)處理、工作頻帶等具有相似之處，為“探通導(dǎo)”功能一體化裝備設(shè)計(jì)創(chuàng)造了可行性。隨著海洋信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展壯大，各類型水下平臺(tái)呈現(xiàn)出協(xié)同作業(yè)的應(yīng)用趨勢(shì)；集成探測(cè)、通信、導(dǎo)航定位技術(shù)，開(kāi)展一體化裝備架構(gòu)設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)水下平臺(tái)資源共享、提升作業(yè)效率、增強(qiáng)隱蔽性能、降低平臺(tái)體積與功耗的重要發(fā)展方向。

（三）面向水下物聯(lián)網(wǎng)的智能多模一體化及低功耗通信網(wǎng)絡(luò)

萬(wàn)物互聯(lián)是數(shù)字時(shí)代的發(fā)展主題，將物聯(lián)網(wǎng)部署到水下環(huán)境成為未來(lái)水下通信網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展趨勢(shì)，也是構(gòu)成“空天海地”一體化信息物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水下物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)水下通信網(wǎng)絡(luò)的主要特征有小型化、低功耗，多模態(tài)通信體制有機(jī)耦合，智能化服務(wù)，加之面臨水下惡劣環(huán)境的多重挑戰(zhàn)，因而成為未來(lái)水下無(wú)線通信裝備技術(shù)突破的關(guān)鍵方向之一。傳統(tǒng)的聲學(xué)單模式通信網(wǎng)絡(luò)存在傳輸時(shí)延高、速率低，應(yīng)用場(chǎng)景受限等固有缺陷，需要發(fā)展智能多模一體化水下通信網(wǎng)絡(luò)。① 針對(duì)變化的信道環(huán)境、繁雜的通信場(chǎng)景，可以智能進(jìn)行選擇與調(diào)整，利用多模式融合的方式，構(gòu)建從海底到空氣的跨介質(zhì)通信鏈條，為穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供物理層支撐基礎(chǔ)。② 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)智能化可提升水下通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的自適應(yīng)能力，深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)等算法支持訓(xùn)練系統(tǒng)在與工作環(huán)境交互過(guò)程中尋找最優(yōu)策略，從而根據(jù)時(shí)變環(huán)境進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，優(yōu)化部署決策。③ 各節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)整體的低功耗水平對(duì)于水下通信網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)周期、大范圍覆蓋服務(wù)至關(guān)重要，共享收發(fā)兩端的傳感器基陣、采用通用部件方案并結(jié)合低復(fù)雜度算法，可以達(dá)到降低節(jié)點(diǎn)功耗的目的。④ 研究適應(yīng)水下通信環(huán)境的低功耗網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，優(yōu)化傳播路徑規(guī)劃，支持低時(shí)延、低能耗的信息收集及傳輸。

（四）全模式頻譜一體化協(xié)同精準(zhǔn)對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)

為應(yīng)對(duì)未來(lái)水下通信對(duì)抗需求，水下通信對(duì)抗裝備應(yīng)具備通信體制全覆蓋、高度協(xié)同一體化、攻防對(duì)抗精準(zhǔn)化等能力。在戰(zhàn)場(chǎng)通信環(huán)境復(fù)雜程度增加后，單一通信體制的對(duì)抗裝備不再滿足應(yīng)用需要，具備聲、光、電、磁融合特征的通信裝備成為發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)通信對(duì)抗裝備同樣需要集成各類通信模式、覆蓋全頻域的對(duì)抗能力，以實(shí)現(xiàn)無(wú)差別的干擾與防御。面對(duì)快速變化的戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗態(tài)勢(shì)，提高水下通信對(duì)抗裝備的綜合應(yīng)用效能成為重點(diǎn)方向；構(gòu)建一體化的協(xié)同信息網(wǎng)絡(luò)，支持縮短決策時(shí)間，提高指令傳達(dá)的時(shí)效性，形成一體化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化裝備體系，增強(qiáng)對(duì)抗體系聯(lián)合指控能力。在裝備數(shù)量、對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)規(guī)模同步擴(kuò)大的場(chǎng)景下，進(jìn)一步加強(qiáng)水下通信對(duì)抗裝備在態(tài)勢(shì)感知、敵我識(shí)別等方面的精準(zhǔn)程度，有助于提高水下非對(duì)稱信息制衡能力。

五、我國(guó)水下無(wú)線通信裝備面臨的發(fā)展困境

（一）整體差距

整體上，我國(guó)UAC裝備領(lǐng)域因起步較晚，在產(chǎn)品化和成熟度上滯后于發(fā)達(dá)國(guó)家約5年；國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)在傳播距離、誤碼率性能、裝備可靠性、產(chǎn)品譜系化等方面也落后于國(guó)際先進(jìn)水平。需要深化UAC算法、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、試驗(yàn)與應(yīng)用等研究，加強(qiáng)換能器、數(shù)字系統(tǒng)的硬件開(kāi)發(fā)，推進(jìn)UAC譜系化產(chǎn)品研制。

在水下光通信裝備領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)裝備主要在可靠性、小型化、集成度、制作工藝等方面與國(guó)外產(chǎn)品存在差距，尚未形成小型水下移動(dòng)平臺(tái)專用的UWOC裝備體系，較多停留在試驗(yàn)驗(yàn)證、樣機(jī)設(shè)計(jì)階段。

在水下電磁波裝備領(lǐng)域，研制實(shí)際可用的微型水下電磁波通信機(jī)，將無(wú)線通信和數(shù)據(jù)傳輸擴(kuò)展到海底、地下和其他尚不具備無(wú)線通信能力的環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)跨介質(zhì)通信并增強(qiáng)應(yīng)用能力，是國(guó)外新興發(fā)展方向。相比之下，國(guó)內(nèi)尚未啟動(dòng)類似研究，亟需布局水下電磁波通信技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，支持相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新發(fā)展。

在磁感應(yīng)通信領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)外均處于理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證階段，沒(méi)有形成實(shí)際可用的水下通信裝備。鑒于磁感應(yīng)通信在跨介質(zhì)、隱蔽性、通信速率等方面的固有優(yōu)勢(shì)，需加強(qiáng)磁感應(yīng)通信裝備研發(fā)，加速磁感應(yīng)通信裝備的水下實(shí)際應(yīng)用。

（二）底層共性問(wèn)題

傳統(tǒng)海洋裝備強(qiáng)國(guó)已在核心傳感器體系、處理器芯片上實(shí)現(xiàn)模塊化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、譜系化、智能化發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上占據(jù)了主導(dǎo)地位。在我國(guó)，“探通導(dǎo)”裝備所需的核心傳感器、處理器芯片等較多依賴進(jìn)口，面臨著潛在的壟斷、封鎖和禁運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)；雖然多數(shù)常規(guī)傳感器基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但是實(shí)際應(yīng)用較少，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上仍以進(jìn)口產(chǎn)品為主，深遠(yuǎn)海場(chǎng)景所需的高端傳感器表現(xiàn)得尤為突出。

國(guó)產(chǎn)傳感器的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性等依然存在不足。在UWOC裝備上，國(guó)產(chǎn)高性能光器件的成熟度不及進(jìn)口產(chǎn)品，無(wú)法滿足水下高速無(wú)線通信的實(shí)際需求；需著重發(fā)展高速大功率的氮化銦鎵LED器件，據(jù)此解決UWOC系統(tǒng)“傳不遠(yuǎn)、傳不快”的瓶頸問(wèn)題。突破此類新型材料器件的核心技術(shù)，加快產(chǎn)品化及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，才能真正擺脫進(jìn)口依賴現(xiàn)狀，切實(shí)提高國(guó)產(chǎn)深遠(yuǎn)海通信裝備發(fā)展水平。

對(duì)于深遠(yuǎn)海條件下的耐壓、密封等工藝，開(kāi)展系統(tǒng)性設(shè)計(jì)所需的底層理論分析能力依然缺乏，有關(guān)數(shù)值模擬的廣度和深度亦有不足。在扎實(shí)提高基礎(chǔ)研究能力之后，才能筑牢技術(shù)攻關(guān)、工程研制的基礎(chǔ)。

（三）頂層體系

目前，我國(guó)深海通信裝備領(lǐng)域的發(fā)展重點(diǎn)仍然以高速和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、裝備穩(wěn)定性及可靠性、數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)、裝備能源供應(yīng)及維護(hù)等為主，而相關(guān)頂層體系不夠清晰，行業(yè)發(fā)展的方向性不強(qiáng)。深海通信裝備、深海平臺(tái)的發(fā)展耦合程度高，盡管部分深海通信裝備完成了樣機(jī)研制和相關(guān)試驗(yàn)，但在平臺(tái)應(yīng)用上較國(guó)際先進(jìn)水平還有一定的差距。需要通過(guò)體系牽引，梳理技術(shù)基礎(chǔ)，制定裝備規(guī)劃，確定重點(diǎn)技術(shù)方向及中長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)。

六、我國(guó)水下無(wú)線通信裝備發(fā)展建議

（一）攻關(guān)基礎(chǔ)機(jī)理與共性問(wèn)題

開(kāi)展各類通信介質(zhì)的傳播機(jī)理研究并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)物理模型，為UWC裝備高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。針對(duì)高端傳感器研制中的薄弱環(huán)節(jié)，部署海洋傳感器材料、工藝方面的技術(shù)攻關(guān)類項(xiàng)目，著力解決海洋傳感器制約UWC裝備發(fā)展的共性問(wèn)題。立足自主創(chuàng)新，支持UWC裝備基礎(chǔ)性、原創(chuàng)性研究，開(kāi)展新材料開(kāi)發(fā)及應(yīng)用、新原理與新方法融合、新工藝等方面的攻關(guān)，提高傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料開(kāi)發(fā)、共性通用等方面的研究水平，攻克制約UWC裝備發(fā)展的“卡脖子”問(wèn)題。

（二）聚焦突破行業(yè)核心方向

UWC裝備研發(fā)與應(yīng)用具有投資大、周期長(zhǎng)、需求少的特殊性，也因相關(guān)應(yīng)用市場(chǎng)不成熟而使企業(yè)的活躍度及參與度偏低。建議采用多元化籌資模式，設(shè)立水下通信裝備研發(fā)與風(fēng)險(xiǎn)投資基金，瞄準(zhǔn)UWC裝備的重點(diǎn)發(fā)展方向，集中行業(yè)力量開(kāi)展關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，健全UWC裝備產(chǎn)業(yè)鏈。重點(diǎn)增強(qiáng)UWC裝備智能化環(huán)境感知、水下各類信息裝備間的水面 – 水下跨域通信、水下多模態(tài)信息的大規(guī)模交互通信組網(wǎng)、“探通導(dǎo)”一體化的多維信息融合、水下攻防智能無(wú)人化網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗等能力。

（三）明晰裝備頂層體系架構(gòu)

面向深遠(yuǎn)海通信需求，開(kāi)展深遠(yuǎn)海UWC裝備領(lǐng)域的頂層設(shè)計(jì)，形成深遠(yuǎn)海UWC裝備與技術(shù)的中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃；以平臺(tái)設(shè)計(jì)需求為牽引，精準(zhǔn)開(kāi)展UWC裝備研制和技術(shù)攻關(guān)，再以相關(guān)裝備和技術(shù)發(fā)展來(lái)推動(dòng)平臺(tái)能力提升，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展機(jī)制。相應(yīng)發(fā)展策略為：研制獨(dú)立的UWC裝備，開(kāi)展各類型平臺(tái)應(yīng)用，形成獨(dú)立的功能系統(tǒng)；進(jìn)行平臺(tái)UWC裝備的智能化、網(wǎng)絡(luò)化功能升級(jí)，構(gòu)建包含深海警戒、觀測(cè)、通信、導(dǎo)航定位等功能在內(nèi)的深遠(yuǎn)海信息綜合系統(tǒng)；形成立體多維的深海信息體系，拓展我國(guó)深海裝備應(yīng)用范圍。

（四）完善保障措施與扶持政策

建議組建UWC裝備公共試驗(yàn)平臺(tái)，為行業(yè)內(nèi)的高校、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)提供一致的試驗(yàn)保障條件。統(tǒng)籌開(kāi)發(fā)UWC設(shè)備共享管理平臺(tái)，解決用戶實(shí)際應(yīng)用需求并提高裝備利用率，廣泛獲取一線用戶的反饋，形成UWC裝備良性循環(huán)發(fā)展模式。依據(jù)UWC裝備體系發(fā)展規(guī)劃，采取“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同方式制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，提高UWC裝備制造及應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化水平。發(fā)布長(zhǎng)期穩(wěn)定的激勵(lì)性政策，扶持UWC裝備制造業(yè)發(fā)展，深化國(guó)內(nèi)應(yīng)用與高水平“走出去”并舉，壯大我國(guó)UWC裝備產(chǎn)業(yè)。

作者：劉新宇，周恒，葛錫云，焦慧鋒

來(lái)源：水下無(wú)線通信裝備發(fā)展研究[J].中國(guó)工程科學(xué),2024,26(2):38-49..