水下藍綠激光通信技術(shù)幫助潛艇提升戰(zhàn)斗力
潛艇發(fā)展到現(xiàn)在依然無法成為海戰(zhàn)的主角,以潛制海理論一次次的破產(chǎn)根本原因并不在潛艇的作戰(zhàn)性能不強大,而是因為潛艇在水下無法對外通信。雖然這個結(jié)論并不絕對,例如也可以用長波進行通信,但長波電臺天線太過巨大,水面艦艇和飛機都無法安裝,因此水面艦艇雷達和預(yù)警機都無法將感知到的戰(zhàn)場態(tài)勢實時傳輸給潛艇。此外長波的能量傳輸效率太低,只能進行簡單通信,完全達不到作戰(zhàn)協(xié)同要求。 {KeHqM}e 就連美軍在遂行反潛作戰(zhàn)時,都要求潛艇和反潛機進行嚴(yán)格的責(zé)任區(qū)劃分,以免反潛機誤傷潛艇。而潛艇在現(xiàn)代海戰(zhàn)中遇到最多的情況則是根本不知道對手在哪,只能蹲守在海里撞運氣,一旦上浮就被對方的反潛力量抓住胖揍,因此潛艇更多承擔(dān)的任務(wù)是破壞交通線而非參加海戰(zhàn)。 WB6g i2 如果能有一種有效的對潛通信,那就完全不一樣了。潛艇可以利用自身隱蔽性藏在深水里穿插到航母下方,跟蹤攻擊航母,那么以潛制海的時代也許真要來臨了,而這種技術(shù)目前已經(jīng)出現(xiàn),它叫做藍綠激光通信技術(shù)! OZ![9l 藍綠激光通信技術(shù)原理 .Z8 x!!Q* 光是一種電磁波,因此也就具備了所有電磁波都擁有的特性,雷達波在空氣中傳播時會擁有一個窗口,例如X波段的雷達傳播距離要小于L波段的雷達,這是因為空氣里因為空氣分子運動含有大量的雜波。越靠近雜波分布中心,則信號被干擾的越厲害,也就無法傳輸更遠,這種現(xiàn)象叫波在信道傳輸中的衰減。在水中也有同樣的問題,大多數(shù)的光線在水中傳輸?shù)木嚯x極為有限,水底幾十米就變暗了。 M[Y|$I} 按照波長的不同,衰減的程度也不同,特別是對于0.48μm波段的藍綠光,水體衰減只有0.001db/m,這幾乎可以忽略。經(jīng)測算,這一波段的光波在海底傳播距離甚至可以達到600米深,而目前大多數(shù)潛艇作戰(zhàn)一般都是在30-300米的深度區(qū)間,完全可以滿足通信傳輸需求因此藍綠激光可以作為水下通信的手段。而激光也像其他電磁波一樣可以對其進行調(diào)制、編碼,攜帶數(shù)字的和模擬的信號進行通信,且因為其波長短,頻率高,傳輸速度和容量都遠大于一般的電磁波。 p
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[attachment=66213] "LaNXZ9 激光通信發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)造圖 bk2HAG 藍綠激光通信的實現(xiàn)方法
SN?jxQ 藍綠激光通信具有這么多優(yōu)點,但在具體運用時卻沒有那么簡單。激光傳輸路徑一般是直線,而潛艇作戰(zhàn)區(qū)域則距離陸地較遠。在近海時,激光可以由高空無人機或者大型飛機向預(yù)定水域發(fā)射,但當(dāng)潛艇行駛的過遠時,則只能采取衛(wèi)星。發(fā)射方式一般采取直接發(fā)射和反射兩種,前者是利用平臺直接向特定水域發(fā)射通信激光,后者則是經(jīng)過數(shù)次反射到達既定區(qū)域,例如地面站向衛(wèi)星發(fā)送激光,激光再利用反射鏡面對該激光進行反射,使其傳輸?shù)教囟ㄋ驅(qū)崿F(xiàn)通信。 z;#}uC 實現(xiàn)藍綠激光通信的關(guān)鍵 _f|Au`7m 和一般通信一樣,藍綠激光通信也是由發(fā)射機、傳輸通道、接收機三部分組成的。藍綠激光通信發(fā)展早期,科學(xué)家們一般采取Nd t YAG固體,發(fā)射波長為1.064μm,經(jīng)過轉(zhuǎn)換后成為0.532μm波段適應(yīng)了水下傳輸通道。80年代,準(zhǔn)分子XeCI激光器出現(xiàn),其最終可以輸出0.459μm的藍光,最佳傳輸通道對準(zhǔn)性更好,平均功率大于20W,但因為氯氣對電路板有腐蝕且設(shè)備較大,因此機載和星載途徑難以實現(xiàn)。后來體積小、重量輕、高功率、長壽命的二極管泵浦固體激光器和原子共振濾光片的先后研制成功, 使得將激光器裝在衛(wèi)星和飛機上成為可能,美軍的E-6水星對潛通信飛機便是實現(xiàn)了機載藍綠激光通信。 A{x&5yX8 激光在水中衰減雖然小,但是其要達到接收機無論如何都要經(jīng)過空氣,空氣中的二氧化碳、水蒸氣、懸浮微粒和臭氧分子都會吸收其能量,造成衰減,在云層和大氣湍流里傳播更加復(fù)雜,激光會出現(xiàn)多徑效應(yīng)和發(fā)散。即便是在水中,發(fā)散效應(yīng)和散射也是不可避免的,這就需要建立不同的數(shù)學(xué)模型,以便實時調(diào)整激光發(fā)射的角度、強度,方向、頻率等特征以減少衰減。 *vJ1~SRV 最后是激光接收機,要求其要具有很高的靈敏度,在深海散射的情況下,既要能感應(yīng)到微弱的激光,又要能將藍綠激光與太陽光、海底、空氣噪聲里的雜波從真正的信號里過濾出來,使用銫原子共振濾光器很好的解決了這個問題。 ^
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