IT思维

文章页右侧顶部广告

卫星、声波、二进制……水下通信究竟有哪些可能?

2018-08-29 22:37:26 0 业界资讯 | , ,

尽管目前对无线电通信的发明人,业界还有所争议。但不可否认的是,无线电通信确实极大地改变了我们的世界。从之前的车马邮差到现在的千里传音,世界正因此而越来越成为一个小小的村庄。

而且,人类还在不断地扩展着无线通信的范围。从开始的只有楼上楼下的距离,到现在的地面与太空的距离,甚至我们还在向宇宙深处发射人类信号。无线通信正在成为人类探索宇宙深空的有力工具。

然而,尽管无线通信的触角已经伸向了外太空,但对地球本身的某些区域而言,它又似乎并没有达到理想的预期值。比如要想在水中获得和地面、太空中相似的无线通信效果,难度就很不小。

自带天线的水下通信“远古时代”

对人类来说,水下的信号传播主要集中在海洋里。

与空气相比,水体对虽然也能进行进行信号传播,但由于在这个过程中信号会由于水的阻挡、吸收等作用而变得微弱乃至消失。这就令无线信号在水中的呈现出传播速度慢、通信距离短的特征。

但作为在海底活动最为频繁的潜艇来说,难道因为无线信号传输太难就要一年半载地保持沉默吗?至少从信息价值的角度来说,半年入港更新一次信息未免黄花菜都凉了。因此,为了应付潜艇的通信,专家们也是想了很多办法。

1. 自带天线。既然无线通信不靠谱,那我给弄根线不就完了吗?上个世纪的很多潜艇顶部都会安装几根天线,在需要向外界传播信息的时候上浮潜艇,将天线送到离海面很近或者完全露出海面,然后再完成发报任务。另外,有的潜艇会采用放出来一个漂浮物,利用上面的天线进行短波通信。

相信即便是对通信技术零接触的朋友也能读出来:潜艇就是为了出其不意地进行水下打击,这样公开暴露出天线或者漂浮物,那不就明摆着给敌人一个活靶子?所以,这招紧急情况下用用可以,如果频繁地暴露,估计离被击沉也不远了。

2. 长波通信。由于短波的频率较高,其在水中的衰减也就愈甚。那么,潜艇在通信的时候采用长波就成为了比较可行的办法之一。长波的优势是其可以深入到水中20米左右的深度,而经过一系列的配套设施建设,长波的通信距离可达上千公里、深度超过百米。这样对潜艇在通信时保持安全性是有很大的作用的。

但长波也有长波的问题。要想实现上千公里的潜艇通信,对发信设施的要求是非常高的。一般的长波通信天线可长达数百米,而美国为了进行超长波通信,建设了两个距离超过200公里的发信基站,天线总长达到了135公里。这个长波电台的辐射范围约7000-8000公里,深度达到110,可以说是相当强悍了。

那么,陆地有条件建设这种东西给潜艇发信号,但要想让潜艇也这么做,看起来显然是不现实的。一边游弋一边拖个几百米的大尾巴,怎么想怎么觉得太滑稽。

这种听起来原始而麻烦的水中通信解决方案,正体现了水下通信的难度。但技术不能总是原地徘徊,在各种需求不断提升过程中,水下通信的方案也越来越多地被提了出来。

从卫星到二进制:

为了更迅捷的水下通信

1977年,美国为了应对潜艇通信问题,提出了以卫星和蓝绿激光为手段的技术方案。

蓝绿光通信属于激光通信的一种,而海水对这种蓝绿波段的可见光吸收是很小的,因此蓝绿光在海水中具有极强的穿透力。不仅如此,蓝绿光对产生极端天气的云层等都有很强的穿透力,再加上光束的方向确定性,其成为了海洋激光通信的绝佳载体。

美国海军提出的计划就是,在确定潜艇位置之后,利用卫星向其发送蓝绿光,由此建立起潜艇、卫星、指挥中枢三位一体的通信结构。并且,为了不占用原有的微型资源,其还要向太空中发射专用的蓝绿光通信卫星。然而该计划在八九十年代兴起了一阵之后,渐渐没有了声息。或许我们可以将其看做冷战期间技术比拼的产物,因此随着冷战的结束,军事威胁降低,发射卫星这么大的动作也就被暂时搁置了。

激光之外,传递声信号也是一项各个国家非常重视的技术,这就是水声通信。

利用声波传递信号,应对的就是无线信号在水中传播不畅的问题。将文字、语音、图像等信息进行电信号到声信号的处理,然后通过水来传播到目标上的接收器;接收器在接受到声信号之后,进行反向处理,然后得到原始的语音、文字、图像等资料。

声信号的优势就是其衰减的速度要远远小于无线信号,也就具备了远程传播的能力。但问题在于,虽然占据了里程优势,声信号传播的速率却还是值得进一步提升的,比如传递的速度太慢。而随着各国对海洋探测的重视,水声通信技术也将成为下一个抢占的技术领先点。

而最近麻省理工新开发的一项无线系统,则有可能对海洋通信产生新的积极影响。

研究人员们利用一个水下声呐发射装置向水面发送声波信号,在水面的时候产生与二进制数据传输的“0和1”相对应的微小振动。再利用一个接收器对这些二进制振动进行信息解读,然后就可以达到信息还原的目的。当然,这个接收器必须要特别敏感,否则发现不了信号也是白搭。

这种方法简单来说就类似于海底设备在海面上敲了个暗语,然后接收器给分析了出来。那么,当风平浪静的时候,接收器或许还能看得出是什么字;那如果巨浪滔天的话,可能就比较麻烦了。

事实上,研究人员也正在向这方面努力,将海面波浪的影响降到最低。如果技术成熟的话,其产生的价值也是很值得期待的。

通信或是未来海洋探测的先行军

我们上面的许多水中通信技术的立足点都是基于潜艇的,由此可见,将来有一天海底通信能像陆地的无线通信这样质量高、速度快、保密性强的话,潜艇将是第一个受益者。但这并不意味着水中通信技术仅限于潜艇的使用。

比如以下几个应用从场景。

1. 黑匣子寻找。黑匣子作为调查分析飞机失事原因的重要记录,在设计的时候自然也融入了很多技术以方便搜索。比如匣体被设计为反光材料以便于在陆地寻找,定位信标则主要主要是通过发出超声波来方便探测,而且只能在1600-3000米的范围内被检测到,其中还会受到海洋障碍物的诸多影响。如果在电池用尽之后仍然找不到,可能事故的原因将随着黑匣子一起永远埋在海底了。

如果将通信技术移植到黑匣子的身上,在其进入海中的时候自动启动发射信号的功能,将会大大方便外界探测和接收信号,从而迅速查明事故原因,尽快避免类似情况的发生。

2. 水下机器人研发。目前,越来越多的海洋勘探、海洋考古任务开始使用水下机器人进行功作业。由于通信技术的限制,很多情况下只能在机器人出水之后对资料进行分析处理,局限性很大。水中通信技术的加载可以实现机器人对水底情况的实时反馈,从而对探测内容作出相应的调整。

可以预期的是,随着海洋在各国规划和发展中越来越占据重要的战略地位,关于海洋探索的技术也将不断更新和迭代。又因海洋资源集中在海底,海底通信技术也成为解决一切问题的前提。在这种需求与竞争之下,水中通信也许即将在不远的未来产生令人期待的突破。

IT思维

IT思维(itsiwei.com)是互联网首个定位在科技与电商“思维”韬略的平台,我们时刻关注互联网电商行业新动向; 诚邀行业资深从业者加入“思维客家族”!
Return to Top ▲Return to Top ▲