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复杂电磁环境下潜艇甚低频通信实现方法
作者：李帅
来源：《神州·中旬刊》2018年第02期
海军潜艇是国家重要的核威慑力量和海上突出兵力，为了提高隐蔽状态下的生存能力和突然袭击效果，潜艇需要较长时间的水下待命。作为潜艇天然屏障的海水，由于具有相对较高的导电率，潜艇在避开了各种高新技术探测的同时也屏蔽了对自己有用的指挥信号，形成潜艇指挥通信的致命弱点。因此，如何提高通信效能和通信抗干扰能力，增加潜艇通信距离和通信深度成为潜艇通信的世界性的难题。
我军目前对潜通信系统的通信保障能力比较弱，现有舰队级长波台功率小、效率低，仅仅能够保障近海潜艇战术训练需要，无法实现远距离通信。所以在战时敌大功率台实施同频干扰时，根本无法保证对我方潜艇的可靠指挥通信。针对现有通信条件，本文探讨了复杂电磁环境下潜艇甚低频通信抗干扰能力的方法。 1多台同频联合发信
利用同步网控制各发射台定时同频发射信号，各发射台之间有一定时延，这个时延可以使各接收信号独立互不相关。然后通过时延控制、信道参数估计、解扩、信号合并等步骤使接收信号有效叠加。由于各发射台对接收机的方位不同，接收端需要采用全向天线。
在接收时刻接收到延时信号，通过对导频信号进行信道参数估计得出参数，然后与解扩信号加权，最后各支路按一定的方式进行合并。
延时分集技术实际上是人为将窄带频率非选择性衰落信道变成频率选择性信道，然后利用类似的RAKE接收技术收集信号。如果按理想情况接收到的多发射台信号经处理后相位完全对准，两路信号叠加时最多可以获得3dB增益，三路叠加可获得4.8dB增益。这在甚低频通信中可以大大增加有效传播距离，改善接收信号质量。 2多台异频联合发信
目前，我军甚低频对潜发信值班采用的是单台、单频、定点发信，受电离层随机变化及大气噪声的干扰，很容易造成潜艇收信的错报、漏报。如果采用多个台在不同频率上同时进行发信的方式，潜艇在接收某个台的信号发现无法收信或收信效果不好时，可立即调整频率和潜艇航向，接收其它台发出的信号，保证对潜通信的可靠性。这种方法也可以解决我台、收信潜艇与敌台近似分布在一条直线上受到敌台同频干扰的问题。以南海地区收信为例，我某发信A台、发信B台同时在两个频率点上发信，“西北角”台进行干扰，虽然信号与干扰波方向近似在同一直线上，但“西北角”台只能对两个频率信号之一进行干扰，而不能同时进行干扰。这样就能保证有一个频率对潜艇的指挥畅通。目前我军大部分潜艇上安装了天线共用器，通过天线共
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用器，两部收信机可在不同的频率上同时用一副天线收信，这样潜艇就可以同时接收来波方向相近的两个频率上的信号，而不需切换接收机频率和改变潜艇航向。
多台多频点同时发报，不仅要求同时参与对潜通信值班的台站增加，而且要求值班台站在进行定点发信时延长发信时间和增加报文重发次数，以保证潜艇在某一频率上不能正确收信时，马上切换到新的收信频率后仍能接收到其它台发出的报文，否则，多台多频工作就不能充分发挥其战术使用效能。 3在甚低频中采用Turbo码
随着通信系统工作频率的降低，信道噪声统计特征非高斯化趋势越来越显著。因此，在甚低频频段（10～30kHz主要用于对潜通信），信道接收机就必须考虑非高斯噪声的影响。甚低频信道中的噪声干扰包括人为噪声干扰和大气噪声干扰，其中大气噪声干扰占主导地位。大气噪声的主要部分为全球范围内活动雷电造成的脉冲型非高斯噪声。原因在于电磁波在甚低频频段电波衰减很小（每千公里1分贝），而雷电瞬间放电强度极大，因此不论近区或远区的雷电都会在接收端形成强烈的非高斯噪声，对通信造成较大干扰。另一方面，甚低频结构庞大的发射天线与波长相比仍是小天线，天线辐射电阻很小仅0.18Ω左右，因此甚低频通信系统发射功率每提高1dB所付出的工程造价与短波或超高频通信系统相比要高得多，在发射台规模已经较大的情況下更是如此。所以在甚低频频段开展高效Turbo码的应用研究对于减小发射台规模，提高通信速率，增大通信距离都有十分重要的意义。 4选择合适的甚低频调制方式
在甚低频通信系统中，由于甚低频通信的发射系统天线回路中有大能量储存，故希望信号带宽和发射机天线上信号的瞬变现象尽量减少[1]。考虑到这种特殊情况因此要求设计出的一种信号除必须具有极好的抗干扰性外，还必须在发射天线优先带宽内尽可能高的数据率和避免发射机产生不希望有的瞬变现象。这就要求此信号是一种频率间隔很小并且相互正交和相位连续的移频键控信号。因为移频的两频率之间的正交性和频率间隔近，就可以构成良好的噪声抑制和密集的功率谱。而相位的连续性则可以防止激励时产生高压瞬变现象等问题。最小移频键控（MSK）信号就恰恰是具有以上特点的一种移频键控信号。MSK是调制指数低，移频量很小，相位连续的信号，它所占据的高频通带很窄，很适用于甚低频通信系统。除频谱受到严重限制的通信系统中可优先使用MSK调制解调技术之外，在高频、甚高频及卫星通信中也可以用MSK调制解调的方法来大大提高其数据传输速率等等[2]。
MSK既具有较好的误码性能，功率谱密度又非常集中，而且信号没有相位和幅度的突变，因而对甚低频通信来说是非常合适的调制方式，目前无论是国外还是国内，在甚低频通信工程中最小移频键控都已经成为了首选的调制方式。 5小结
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未来作战，我军潜艇将面临的电磁环境主要包括自然界的电磁影响、军用民用设备的自扰互扰、敌方的电磁进攻，其中，威胁最大的还是敌从地面、空中实施的电磁干扰和反辐射武器攻击。如何在复杂电磁环境中保持对潜艇的迅速、准确、不间断的通信，对我军具有重大的战略意义。本文提出了可行的利用通信组织以及采用不同的调制方式来提高复杂电磁环境下潜艇甚低频通信抗干扰能力的方法，可以作为保障潜艇通信持续性的重要参考。 参考文献：
[1]吴伟陵.移动通信中的关键技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2000：98-111 [2]袁翊.甚低频对前通信系统调制解调体系的比较[J].现代通信技术，1990（3）：45-51