徐 濤，溫 東，陳曉露

(海軍潛艇學(xué)院 航海觀通系,山東 青島 266199)

基于低軌道衛(wèi)星的激光星潛雙向通信研究*

徐 濤，溫 東，陳曉露

(海軍潛艇學(xué)院 航海觀通系,山東 青島 266199)

針對(duì)潛艇通信的現(xiàn)狀，描述藍(lán)綠激光通信在大深度和高速率方面的優(yōu)勢(shì)，比較藍(lán)綠激光對(duì)潛通信的三種平臺(tái)——飛機(jī)、臨近空間和衛(wèi)星平臺(tái)。從對(duì)潛通信軍事需求和現(xiàn)實(shí)可行性出發(fā)，首次提出基于低軌道衛(wèi)星的雙向星潛通信方案，對(duì)潛艇主動(dòng)取報(bào)的通信方案進(jìn)行詳細(xì)描述，并利用STK軟件對(duì)典型的低軌道衛(wèi)星對(duì)潛通信的覆蓋區(qū)域和通信時(shí)間進(jìn)行仿真，同時(shí)從信道角度分析星潛通信鏈路的可行性。結(jié)果表明，基于低軌道衛(wèi)星的藍(lán)綠激光星潛雙向通信是完全可行的，這也是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)藍(lán)綠激光星潛通信的最優(yōu)方案。

潛艇通信；衛(wèi)星通信；激光通信；低軌道衛(wèi)星

0 引 言

現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，潛艇將是主要的海上戰(zhàn)斗力。但是，由于海水對(duì)無(wú)線(xiàn)電磁波的衰減，使水下通信聯(lián)絡(luò)十分困難，極大地限制了對(duì)潛艇的指揮和控制。

目前，潛艇通信一般是單向定時(shí)通信，時(shí)效性差。潛艇缺乏有效的水下發(fā)信手段，需要發(fā)信時(shí)都是上浮到潛望或水面狀態(tài)將天線(xiàn)伸出，然后利用短波、超短波或衛(wèi)星通信來(lái)進(jìn)行。而潛艇水下收信主要是甚低頻（VLF：3～30 kHz）通信，具有一定的海水穿透深度。當(dāng)采用磁性天線(xiàn)或環(huán)形天線(xiàn)時(shí)，水下收信深度可達(dá)15 m；當(dāng)采用數(shù)百米長(zhǎng)的拖曳天線(xiàn)時(shí)，水下收信深度可達(dá)50 m。甚低頻通信方式具有一定的隱蔽性，但隨著反潛探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，50 m左右的深度對(duì)于潛艇來(lái)講并不安全。同時(shí)，拖曳天線(xiàn)的使用對(duì)潛艇有一定的航速航向要求，會(huì)嚴(yán)重影響潛艇的機(jī)動(dòng)性。為了實(shí)現(xiàn)更大深度的水下收信，又發(fā)展了超低頻（SLF：30～300 Hz）通信。這種通信方式采用更長(zhǎng)的拖曳天線(xiàn)，水下收信深度可達(dá)100 m。這雖然初步解決了大深度通信問(wèn)題，但是數(shù)據(jù)傳輸速率極低，不超過(guò)1 bit/s。因?yàn)閹追昼姴拍軅鬏斠粋€(gè)字符，無(wú)法進(jìn)行大量或?qū)崟r(shí)信息傳輸，所以通常只將其作為觸發(fā)“振鈴”使用。同時(shí)，甚低頻和超低頻通信需要岸臺(tái)高功率的發(fā)射臺(tái)站和龐大的天線(xiàn)系統(tǒng)。各國(guó)對(duì)潛通信的大功率發(fā)射臺(tái)站，功率均達(dá)兆瓦級(jí)，天線(xiàn)長(zhǎng)度達(dá)數(shù)百公里。然而，巨大的臺(tái)站和天線(xiàn)，目標(biāo)固定，抗毀能力差。

因此，如何滿(mǎn)足潛艇未來(lái)作戰(zhàn)的使命任務(wù)和作戰(zhàn)需求，為潛艇提供大深度、高速率、強(qiáng)抗毀性的可靠對(duì)潛通信手段，是海軍迫切需要解決的問(wèn)題。

1 藍(lán)綠激光通信現(xiàn)狀

已經(jīng)證明，海水存在一個(gè)傳輸損耗很小的光波“窗口”，該窗口落在可見(jiàn)光波中的藍(lán)光和綠光之間。早在1945年，E.O. Hulburt就在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)初步發(fā)現(xiàn)藍(lán)綠光波窗口[1]。1963年，S.Q. Duntley首次系統(tǒng)地描述了光在海水中的吸收和散射特性，并設(shè)計(jì)了鋯燈作為準(zhǔn)直光源的測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)測(cè)了不同海域不同波長(zhǎng)的衰減系數(shù)，用大量數(shù)據(jù)驗(yàn)證了此窗口[2]。1976年，N.G. Jerlov為了進(jìn)一步研究光波窗口與海水類(lèi)型的關(guān)系，將海水分為兩大類(lèi)，大洋型海水和近岸型海水；然后，又根據(jù)海水的渾濁度，將前者細(xì)分為Ⅰ～I(xiàn)II類(lèi)，將后者細(xì)分為1～9類(lèi)。由于其概括性和方便性，這種分類(lèi)方法至今仍被廣泛地采用[3]。

已有的大量實(shí)驗(yàn)表明，不同波長(zhǎng)光波在不同類(lèi)型海水中的傳輸特性如圖1所示。顯見(jiàn)，光波在海水中傳播藍(lán)綠光具有明顯的窗口，窗口范圍和最佳波長(zhǎng)與海水類(lèi)型（取決于混濁度、生物含量、深度等）有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，在沿?；鞚岬臏\水區(qū)，最佳衰減窗口靠近綠光，約530 nm，衰減系數(shù)約為0.87 dB/m，對(duì)應(yīng)透光率為82%；在清澈的深水區(qū)，此窗口移向藍(lán)光，最佳衰減窗口落在約480 nm處，衰減系數(shù)為0.22 dB/m，對(duì)應(yīng)透光率為95%?？梢?jiàn)，藍(lán)綠激光在水下傳輸衰減很小，穿透能力很強(qiáng)。在潛艇活動(dòng)的大洋深處，若采用最佳波長(zhǎng)傳輸，其每米透光度可以達(dá)到95%以上。

圖1 光波在海水中的傳輸特性

從水下傳輸來(lái)看，即使和現(xiàn)有的潛艇長(zhǎng)波通信相比（如圖2所示），藍(lán)綠激光也具有優(yōu)勢(shì)。與甚低頻通信水下平均衰減系數(shù)3 dB/m及超低頻通信的0.3 dB/m相比，藍(lán)綠激光衰減更小，其平均衰減率只有甚低頻的1/15，超低頻的2/3。這是藍(lán)綠激光可以與深達(dá)幾百米下潛艇進(jìn)行通信的主要原因，也是它的主要優(yōu)勢(shì)。其次，藍(lán)綠激光的頻率很高，能夠滿(mǎn)足高速率對(duì)潛通信要求。目前，國(guó)內(nèi)外大氣激光通信都早已超過(guò)每秒兆比特級(jí)。即使目前大功率藍(lán)綠激光器脈沖重復(fù)頻率不是很高（幾赫茲至幾百赫茲），但采用PPM調(diào)制時(shí)傳輸速率也可達(dá)每秒千比特級(jí)。這比極低頻通信速率至少提高了3～4個(gè)量級(jí)，比甚低頻提高1～2個(gè)量級(jí)。最后，藍(lán)綠激光可以實(shí)現(xiàn)對(duì)潛雙向通信。藍(lán)綠激光通信無(wú)需復(fù)雜的發(fā)射系統(tǒng)和大口徑的天線(xiàn)，目前研制的大功率激光器，體積和重量都不大，完全可以裝備在潛艇和衛(wèi)星等平臺(tái)上。

圖2 藍(lán)綠光波海水傳輸與長(zhǎng)波方式的比較

早在20世紀(jì)70年代，美軍就明確提出藍(lán)綠激光對(duì)潛通信（SLC）計(jì)劃，并將其納入戰(zhàn)略計(jì)劃中，準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星中繼光學(xué)潛艇通信（OSCAR）系統(tǒng)。80年代后，美國(guó)全面開(kāi)展藍(lán)綠激光器和光濾波器等關(guān)鍵技術(shù)研究。同時(shí)，美國(guó)開(kāi)始研制藍(lán)綠激光對(duì)潛通信系統(tǒng)，并進(jìn)行了多次海上實(shí)驗(yàn)。1981年，美國(guó)首次進(jìn)行了飛機(jī)與水下300 m深處的潛艇之間進(jìn)行的激光通信實(shí)驗(yàn)，晝夜24小時(shí)通信效果良好。1986年在太平洋艦隊(duì)訓(xùn)練中，成功進(jìn)行了機(jī)載藍(lán)綠激光對(duì)潛通信的戰(zhàn)術(shù)表演。同年，在P-3C飛機(jī)上把藍(lán)綠激光信號(hào)傳送到冰層下的潛艇。1991年，美國(guó)成功進(jìn)行了機(jī)載激光對(duì)潛雙向通信實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，藍(lán)綠激光能夠通過(guò)云層和海洋被深海接收器接收，機(jī)載藍(lán)綠激光能夠在幾乎是全天候的氣象和各種海洋條件下向潛艇發(fā)送高速數(shù)據(jù)，這也證明藍(lán)綠激光對(duì)潛通信良好的應(yīng)用前景[4-6]。2 006年，美國(guó)又提出并實(shí)施“潛艇飛機(jī)數(shù)據(jù)交換提升發(fā)展計(jì)劃”（SEADEEP），利用藍(lán)綠激光作為無(wú)人機(jī)與潛艇之間的高速信息傳輸方式，并已在2012年環(huán)太平洋軍演中進(jìn)行了測(cè)試。

2 對(duì)潛通信平臺(tái)分析

藍(lán)綠激光通信需要以搭載平臺(tái)為依托。按照對(duì)潛通信平臺(tái)所處空間環(huán)境的不同，可將其分為三類(lèi)，即高空的衛(wèi)星、中空的臨近空間飛行器和低空的航空器，各平臺(tái)對(duì)潛通信如圖3所示。

圖3 不同平臺(tái)藍(lán)綠激光對(duì)潛通信示意

星潛通信是把藍(lán)綠激光器安裝在衛(wèi)星上，由地面站通過(guò)微波信道向衛(wèi)星發(fā)送信息。衛(wèi)星上的接收機(jī)接 收信息后，經(jīng)發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)換成藍(lán)綠激光信號(hào)，發(fā)送給潛航中的潛艇。臨近空間平臺(tái)潛艇通信是利用工作在臨近空間的飛行器如飛艇、氣球等，與潛艇之間實(shí)現(xiàn)通信，其高度介于衛(wèi)星和飛機(jī)之間，具有空中滯留時(shí)間長(zhǎng)、載荷大、易恢復(fù)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)載平臺(tái)潛艇通信是指將藍(lán)綠激光器搭載在各種飛機(jī)上，由飛機(jī)作為載體至潛艇的臨空區(qū)域，與潛艇進(jìn)行的激光通信。由于飛行高度有限，通信覆蓋區(qū)域較小，但其通信距離短，是容易實(shí)現(xiàn)且是唯一實(shí)現(xiàn)了的對(duì)潛通信。

與衛(wèi)星平臺(tái)相比，空基平臺(tái)的高度較小，覆蓋范圍有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大面積對(duì)潛通信，且通信只能臨空達(dá)成，容易暴露潛艇的活動(dòng)區(qū)域。因此，未來(lái)有重要應(yīng)用價(jià)值的通信是星潛通信，需瞄準(zhǔn)星潛通信技術(shù)進(jìn)行研究。星載方案的最終設(shè)想類(lèi)似于傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信，即用三顆地球同步衛(wèi)星（GEO）形成全球?qū)撏ㄐ畔到y(tǒng)。然而，由于通信距離遙遠(yuǎn)，光束覆蓋面積太大，實(shí)現(xiàn)困難。按目前的激光器和接收器指標(biāo)，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)這樣的通信。因此，兼顧當(dāng)前的可行性和經(jīng)濟(jì)性，只能降低高度，采用低軌道衛(wèi)星（LEO）來(lái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)綠激光星潛通信。為此，提出基于LEO衛(wèi)星的藍(lán)綠激光星潛通信，大大壓縮衛(wèi)星發(fā)射的光束來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向?qū)撏ㄐ?，同時(shí)采用上行和下行鏈路分開(kāi)的通信體制，避免大范圍掃描搜索造成的功率浪費(fèi)，不僅減少對(duì)器件的要求，而且是目前技術(shù)上唯一可行的方案。

3 基于低軌衛(wèi)星的星潛通信方案

基于LEO的藍(lán)綠激光星潛通信是利用距地球1 500 km以下的一個(gè)或多個(gè)LEO衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)與潛艇間的雙向通信。最終目標(biāo)是多個(gè)LEO衛(wèi)星組成星座，保證任何時(shí)間都會(huì)有衛(wèi)星經(jīng)過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

星潛通信有上行下行鏈路之分。從體制上看，上行鏈路即潛艇對(duì)衛(wèi)星通信更容易實(shí)現(xiàn)。上行通信是將激光器放在潛艇內(nèi)，對(duì)電源 和體積等要求沒(méi)有衛(wèi)星上嚴(yán)格，且衛(wèi)星的軌跡固定。相對(duì)于潛艇而言，衛(wèi)星的實(shí)時(shí)空間位置可預(yù)測(cè)，可在其過(guò)頂時(shí)主動(dòng)進(jìn)行通信，不需采用掃描搜索，避免了效率不高的問(wèn)題。因此，要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星潛艇通信，先要從上行通信開(kāi)始。這種通信方案可以稱(chēng)為“潛艇主動(dòng)取報(bào)方式”的藍(lán)綠激光星潛通信。

基于主動(dòng)取報(bào)方式的藍(lán)綠激光星通信如圖4所示，一次雙向通信由三步達(dá)成。

（1）通信由潛艇發(fā)起，當(dāng)潛艇有通信需求時(shí)，根據(jù)星歷計(jì)算出衛(wèi)星的運(yùn)行軌跡，預(yù)測(cè)出下一次衛(wèi)星過(guò)頂?shù)臅r(shí)間窗口，調(diào)節(jié)激光發(fā)射機(jī)對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星軌道，裝載報(bào)文做好發(fā)射準(zhǔn)備。一旦落在時(shí)間窗口內(nèi)，潛艇上的發(fā)射機(jī)即開(kāi)始發(fā)送調(diào)制后的藍(lán)綠激光強(qiáng)脈沖，以一定的發(fā)散角穿透海水和大氣投向衛(wèi)星，供衛(wèi)星上的光學(xué)天線(xiàn)和接收機(jī)接收。同時(shí)，衛(wèi)星上裝有光束捕獲、對(duì)準(zhǔn)和跟蹤系統(tǒng)（APT），能夠根據(jù)接收光束調(diào)整，同時(shí)使衛(wèi)星上的激光發(fā)射機(jī)調(diào)整姿態(tài)，瞄準(zhǔn)來(lái)光區(qū)域，為下行通信做好準(zhǔn)備?；蛘咝l(wèi)星沒(méi)有APT系統(tǒng)，但潛艇首次發(fā)送報(bào)文的時(shí)候?qū)⒆约何恢米鴺?biāo)發(fā)來(lái)，一樣可以讓衛(wèi)星知道潛艇的位置，進(jìn)而調(diào)整發(fā)射機(jī)瞄準(zhǔn)潛艇區(qū)域，為下行通信做好準(zhǔn)備。

圖4 采用主動(dòng)取報(bào)方式的藍(lán)綠激光星潛通信

（2）衛(wèi)星上的光接收機(jī)接收到一次完整的通信脈沖后，將接收?qǐng)?bào)文利用微波以瞬間快速報(bào)的方式立即轉(zhuǎn)發(fā)給岸基站。岸基站收到潛艇發(fā)來(lái)的信號(hào)后，自動(dòng)啟動(dòng)岸站發(fā)報(bào)，將已經(jīng)準(zhǔn)備好的指令報(bào)文快速發(fā)回衛(wèi)星，從而完成一次星地快速報(bào)通信過(guò)程。由于是短報(bào)文微波通信，所以此過(guò)程時(shí)間很短。目前，潛艇利用同步衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)一次雙向通信不超過(guò)幾秒。

（3）衛(wèi)星接收到岸站報(bào)文后，立即啟動(dòng)衛(wèi)星平臺(tái)上的藍(lán)綠激光發(fā)射機(jī)向潛艇發(fā)射，潛艇位置已由衛(wèi)星上的APT系統(tǒng)鎖定，經(jīng)大氣和海水信道后，由水下潛艇上的光學(xué)天線(xiàn)接收，并送往接收機(jī)接收。至此，一次完整的藍(lán)綠激光星潛雙向通信達(dá)成。

這種星潛通信方案由水下的潛艇發(fā)起，采取潛艇主動(dòng)取報(bào)方式達(dá)成，并實(shí)現(xiàn)雙向通信。這種方案既避免了天基平臺(tái)掃描搜索潛艇帶來(lái)的一系列問(wèn)題，又通過(guò)半雙工方式避免了上行和下行相互干擾的問(wèn)題。衛(wèi)星和潛艇可以采用同一波長(zhǎng)的激光器，僅需在衛(wèi)星上裝載具有跟蹤瞄準(zhǔn)功能的APT系統(tǒng)即可。一次通信時(shí)間也可以很短，只有幾秒至幾十秒（取決于報(bào)文的長(zhǎng)短和激光器的重頻）。根據(jù)鏈路分析，這種方案也是目前可以實(shí)現(xiàn)的方案，具有較強(qiáng)的可行性。

4 星潛通信仿真分析

藍(lán)綠激光通信必須滿(mǎn)足視軸通視的條件。而LEO衛(wèi)星時(shí)刻圍繞地球旋轉(zhuǎn)，會(huì)受到地球的遮擋，破壞激光通信的視軸通視性，造成低軌道衛(wèi)星的可通信時(shí)間有限。鑒于此，可以通過(guò)理論方法對(duì)LEO衛(wèi)星覆蓋范圍和通信時(shí)間進(jìn)行分析[7-8]，也可通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件，如美國(guó)分析圖形有限公司（AGI）的STK軟件，進(jìn)行精確的仿真分析。

以圓軌道LEO衛(wèi)星為例，高度為785 km，軌道傾角為45°，升交點(diǎn)赤經(jīng)（RAAN）為0°。潛艇站選擇青島站（北緯36.1484°，東經(jīng)120.4341°），可視條件通過(guò)不同的最低仰角來(lái)選擇，利用STK軟件仿真出一天內(nèi)對(duì)此處潛艇的通信覆蓋區(qū)域和通信時(shí)間，結(jié)果如圖5所示。當(dāng)通信最低仰角10°時(shí)，青島站與特定的LEO衛(wèi)星在一天的時(shí)間內(nèi)有6次可見(jiàn)，其中最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間為659.31 s（約11 min），最短持續(xù)時(shí)間378.85 s（約6 min）。可見(jiàn)，由于運(yùn)行速度很快，低軌道衛(wèi)星的可通信時(shí)間很短。

圖5 典型LEO衛(wèi)星對(duì)地覆蓋區(qū)域及通信時(shí)間

同樣，選擇其他仰角，可得不同的通信時(shí)間。當(dāng)最低仰角增大到40°時(shí)，青島站與LEO衛(wèi)星在一天時(shí)間內(nèi)僅有3次可見(jiàn)，最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間238.34 s，最短持續(xù)時(shí)間73.76 s。當(dāng)最低仰角增大到70°時(shí)，青島站與LEO衛(wèi)星在一天時(shí)間內(nèi)僅有1次可見(jiàn)，持續(xù)時(shí)間為42.31 s。隨著仰角的繼續(xù)增大，甚至發(fā)生一天均不可見(jiàn)無(wú)法通信的情況。從這點(diǎn)考慮，最低仰角應(yīng)盡量小。然而，激光通信易受大氣湍流、海浪起伏等因素的影響，容 易造成光束的偏折和擾動(dòng)。若仰角很小，不僅路徑上的障礙會(huì)造成影響，而且光束的微小變化能使覆蓋面變化很大，容易造成通信失敗。因此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須折中選擇。

為了克服單個(gè)LEO衛(wèi)星覆蓋較小這一缺點(diǎn)，可以增加軌道上的衛(wèi)星數(shù)量，用一系列衛(wèi)星組成星座聯(lián)合起來(lái)通信，類(lèi)似美國(guó)“銥”星通信系統(tǒng)。

5 星潛通信鏈路可行性分析

激光對(duì)潛通信信道由大氣、空氣/海水界面和海水三部分組成。由于光功率的分散，再加上散射和吸收造成的衰減，使到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)很微弱。要能夠達(dá)成對(duì)潛通信，潛艇上的接收機(jī)必須接收到一定的能量或功率，以觸發(fā)接收門(mén)限，滿(mǎn)足信號(hào)接收的最低要求。

假設(shè)藍(lán)綠激光器輸出的單脈沖能量為Ep，考慮整個(gè)信道鏈路的衰減情況，如圖6所示，潛艇上接收到的光脈沖能量可表示為

圖6 藍(lán)綠激光星潛通信鏈路分析

其中，A為接收光學(xué)天線(xiàn)的面積，S為接收處水下光斑的面積，f(A/S)代表了由面積比引入的接收系數(shù)，若光斑近似均勻分布，即等效為A/S。(為發(fā)射機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的透射率；La為大氣分子散射的透射率，存在整個(gè)大氣信道中；Lc為云層的透射率，與傳輸路徑上云層的狀態(tài)有關(guān)；Law為海水界面的透射率，即光由空氣進(jìn)入海面時(shí)，能量的界面透射率，與海水的折射率、海面浪涌和海水泡沫有關(guān)；Lw為海水的透射率，取決于海水的水質(zhì)和深度；fr(Φr)表示和視場(chǎng)角有關(guān)的因子[9-10]。

上述各因素對(duì)整個(gè)信道的衰減情況影響不同。衰減的主要項(xiàng)是面積比，其次是海水和云層，其他的衰減因素則相對(duì)較小。目前，各因素具體的衰減規(guī)律還有待進(jìn)一步確定，可從已有文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步估算。如圖6所示，衛(wèi)星為1 000 km高度處的低軌道衛(wèi)星，激光發(fā)散角為1 mrad，這樣在海面投射出直徑約1 km的圓光斑，潛艇上接收天線(xiàn)直徑1 m，接收面積比造成的衰減約60 dB。潛艇處于100 m深度清澈的大洋中，按現(xiàn)有數(shù)據(jù)來(lái)看，平均衰減系數(shù)約為0.1 m-1（對(duì)應(yīng)0.4 dB/m），于是海水造成的衰減約為40 dB。加上其余衰減因素，整體衰減為130 dB左右。

對(duì)于接收機(jī)的靈敏度，從現(xiàn)有雪崩光電二極管（APD）性能來(lái)看，等效噪聲功率可控制在nW級(jí)以下，可以接收0.1μW甚至nW級(jí)的微弱光信號(hào)（與接收機(jī)濾光特性有關(guān)）。這樣，對(duì)一個(gè)持續(xù)時(shí)間1 s，脈沖能量10 J的激光脈沖（高能量激光器已實(shí)現(xiàn)的性能指標(biāo)），相當(dāng)于峰值功率10 MW，能夠滿(mǎn)足接收機(jī)接收可容許的衰減范圍為140～160 dB。與實(shí)際相比，還有10～30 dB的余量。因此，可以得出結(jié)論，基于主動(dòng)取報(bào)方式的藍(lán)綠激光星潛通信在技術(shù)上是可行的。當(dāng)然，這些只是初步估算，各因素的影響還要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量來(lái)驗(yàn)證。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)藍(lán)綠激光對(duì)潛通信軍事意義進(jìn)行分析，針對(duì)潛艇通信的現(xiàn)狀，描述藍(lán)綠通信的特點(diǎn)，特別是在大深度和高速率方面的優(yōu)勢(shì)。對(duì)藍(lán)綠激光對(duì)潛通信的三種平臺(tái)——飛機(jī)、臨近空間和衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行比較，并在此基礎(chǔ)上首次提出基于LEO衛(wèi)星的星潛通信方案，對(duì)潛艇主動(dòng)取報(bào)的通信體制進(jìn)行了詳細(xì)描述，利用STK對(duì)LEO衛(wèi)星通信覆蓋范圍和通信時(shí)間進(jìn)行了仿真，同時(shí)從運(yùn)行體制、信道衰減等方面進(jìn)行了通 信 鏈路可行性分析。結(jié)果表明，基于低軌道衛(wèi)星的藍(lán)綠激光星潛通信是完全可行的，也是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)藍(lán)綠激光星潛通信的唯一方案。

當(dāng)然，這種方案也存在著一些缺點(diǎn)，如由潛艇主動(dòng)發(fā)起的激光通信在夜間容易被探測(cè)到而造成自身的暴露，必須采取一些特殊的措施加以避免。我們期待著對(duì)通信體制和關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)一步研究，以推動(dòng)藍(lán)綠激光星潛通信的工程化，從而為解決潛艇的安全隱蔽通信奠定基礎(chǔ)。

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徐 濤（1977—），男，博士，講師，主要研究方向?yàn)檐娛峦ㄐ?、測(cè)試計(jì)量技術(shù)等；

溫 東（1971—），男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)檐娛峦ㄐ拧㈦娮酉到y(tǒng)仿真等；

陳曉露（1976—），女，博士，講師，主要研究方向?yàn)檐娛逻b感、海洋仿真等。

Scheme Research on Satellite and Submarine Blue-green Laser Two-way Communication Initiated with LEO Satellite

XU Tao, WEN Dong, CHEN Xiao-lu
(Navy Submarine Academy,Qingdao Shandong 266199,China)

Compared with wireless radio means, the characteristics of blue-green laser submarine communication are summarized, and the special advantages of big depth and high rate are emphasized. Three typical communication platforms and corresponding communication mechanisms based on the aircrafts, near-space platforms and the satellites are compared. Considering the military requirement and practical feasibility, a scheme of submarine laser communication adopting LEO satellites is put forward, and the detailed communication plans initiated by submarine are described in detail. Then the simulation of communication coverage and time for a typical LEO satellite is performed with STK software. Finally, the channel attenuation of communication link is calculated. Results show that the two-way blue-green laser communication between LEO satellite and submarine can be realized and it is the optimal feasible scheme at present.

Submarine communication; Satellite communication; Laser communication; LEO satellite

TN929

：A

：1002-0802(2016)-06-0656-06

10.3969/j.issn.1002-0802.2016.06.002

2016-02-04;

：2016-05-06 Received date:2016-02-04;Revised date:2016-05-06

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助 （No.2015AA7014043）

Foundation Item:Supported by National High Technology Research and Development Program of China（No.2015AA7014043）