近年来，科学家们在利用光在空气中传播信息和数据，甚至远距离给各种各样的装置供电上，已经取得了很大的进展。然而，在水下要实现这样的目标就显得有点不那么容易达到了。最近莫斯科通信与信息技术大学（MTUSI）科学家正在开发一种有效的无线水下光通信系统。

01 俄罗斯实现水下无线光通信技术突破

专家解释说，无线水下光通信系统（BPOS）是传统声纳通信系统的有希望的替代品。 该项技术使用激光传输信号将大大提高水下航行器与水面之间的数据交换速度，极大地扩大研究海洋和其他水生环境的可能性。

但是信号在水中的传输质量高度依赖于其成分和温度。 在大型水体中，信号的折射可能会根据深度和远离海岸而发生巨大变化。 专家解释说，这些因素仍然阻碍了水下无人机建立可靠有效的控制系统 。

莫斯科通信与信息技术大学的科学家已经接近了这个问题的解决方案。 根据他们的说法，他们创建的独特科学安装和数学模型将能够选择发射激光器的最佳操作模式。 科学家们还证明了制造廉价而紧凑的光学系统的可能性，用于在长达100米的距离上进行高速数据传输。

正如科学家所解释的那样，现代水下激光通信系统的成本很高，并且只能在短距离内保持宽的通信通道。 MTUSI专家确信，通过详细研究激光信号的调制方法，可以克服这些缺点。

据科学家称，BPOS的实施将能够在任何水体中创建一个无线“互联网”，这将使潜水员和潜水员能够有效地进行通信，并将数据实时发送到水面，包括传输高清视频。

现在，研究团队正忙于检查所提出的模型并调试实验系统。科学家们计划为这种通信通道开发量子加密方法，并创造一种技术来抑制水介质对激光信号的“噪声”。

02 水下通信技术现状

过去的20年里，商用现货（COTS）技术的基础已逐渐壮大，使得在恶劣水下环境中的水下通信、导航和跟踪得以实现，这在很大程度上是受到海洋市场（包括石油和天然气勘探、海上工程和可再生能源）的非国防需求的驱动。

在同样的时间框架内，英国皇家海军（Royal Navy，RN）和世界其他国家的海军已经越来越意识到水上和水下安全通信日益增长的需求和重要性，作为现代化、更敏捷、使用更多样化以及互操作性更强的海上力量的一部分，它们能有助于产生更大的军事效能。

利用和改进民用COTS水下通信技术，以满足在性能、安全性和互操作性方面的特定军事需求，仍然是一个非常有价值的挑战。部分是因为国防需求，商业水下技术市场已做出了响应，如采用多物理场载体（声/光/电磁），因此有可能出现支持隐蔽资产的更复杂的通信解决方案，但离实用还有很长的路要走。

各国海军需要在水下相互通信，并像在陆地上一样简单。由于海洋的特性，对手很容易隐藏，这意味着利用技术进行探测和安全防护是情报和监视任务的关键。

2020年5月，北约通信和信息局（NATO’s Communications and Information Agency，NCI）同意为海上行动提供卫星通信的安全接入，并更新舰艇上的密码设备。这种协议表明通信协作是头等大事，要在不同厂家的平台和格式上完全实现这一点，互操作性和开放标准是关键。

以RN的“机敏”（Astute）级潜艇为例，战术水下通信技术的潜在作用是提高任务效能，跨越各种不同的角色：从具有特定战术和作战需求的“独狼”航母打击群支援和特种部队作战等传统角色，到包括对舷外自主传感器和AUV进行更紧密的协调和控制在内的各种新角色。

03 用于水下通信系统的Sanoor激光利器

SaNoor Technologies Inc.是Luminate NY第三批中的一家光学和光子学公司，正在创造基于激光的可见光通信（VLC）设备和系统，用于高速、节能、生态友好和安全的无线数据通信。SaNoor公司总部设在宾夕法尼亚州，首席执行官Boon Ooi和他的团队努力满足环境监测、设备管理、流程自动化和许多其他工业应用对高速水下无线数据链接的需求。

SaNoor激光LiFi结合了激光照明和数据通信，提供比市场上传统LED技术长50倍的传输距离和100倍的数据速率。SaNoor的使命是为特别艰苦的环境提供连接解决方案，如实现水下物联网（IoUT）。

"解决像水下数据传输这样具有挑战性的环境的独特需求需要新颖的技术开发方法，"Luminate NY总经理Sujatha Ramanujan说。"我们正在将个人与这个地区的世界级资源以及正在进行的互补性创新努力联系起来，以帮助他们建立新的伙伴关系并加快市场交付。"

04 其它潜在技术

有3种潜在的水下通信方式：水声通信、电磁通信和光学通信。每种技术都各有优劣，但水声通信是目前唯一能够超过1公里距离的通信技术，根据不同的工作频率，有可能超过几十公里。

通过机械共振装置向水中发声的本质意味着，尽管在很长距离内进行水声通信是可能的，但超过50公里距离后水声带宽受限，这限制了数据率，并可能影响使用扩频信号设计技术将声信号隐藏在背景噪声门限以下的能力。

对于隐蔽的有人水下平台而言，首选的工作方式总是保持被动状态，简短的声学传输是降低被探测风险的关键。对于在前方拒止海域隐蔽作战的AUV平台而言，例如增强传统平台的传感器能力的AUVs，也需考虑类似的问题，尽管这类分布式传感器资产所提供的战术图像可能比暴露更重要。

水下低频电磁波在水下通信技术中占有一个相对小而矛盾的地位。虽然甚低频（VLF）无线电技术已很成熟，是潜艇C3基础设施的关键部分，但由于该技术提供的性能包络相对受限，水下电磁波作为一种短程战术承载技术还没有广泛建立或成熟。

水下电磁波提供了短程（数米到数十米）、中高数据率（每秒几十比特到几十千比特）、低延迟的性能包络，最终受到传导介质中电磁传播物理特性的限制。 该项技术本质上是隐蔽的，但最终传播距离受限。

05 未来的技术

未来可能采用光通信和声光组合通信方式，更具体地说，是自由空间光调制解调器与水声通信调制解调器集成，以利用这两种技术的协同效益。通信距离将由声学提供，光学调制解调器将提供更大的带宽。

这已经超出了概念阶段。在光通信中，系统发出调制光，以大约75%的光速传输数据。如果海军想要在相距10～150米的资产（潜艇或AUV）之间传输信息，就可以采用光通信方式，因为在仅150米距离范围内，暴露于敌人面前的机会是十分有限的。

该设备仍然不是隐蔽的，因为它到处都在发射可见光，通常是蓝光和绿光，但通过在较短距离内使用光学调制解调器，风险被降到了最低。水声既提供定位手段，也提供建立方位和与其它光学调制解调器系统进行远程通信的手段。

此外，也可使用不可见的紫外光，与组合式声-光工作概念相结合后，在实现水下隐蔽通信方面具有巨大潜力。 国防技术专家正在为新的AUV概念而关注这一领域。

文章来源：阿弟森，华创芯光，钛媒体APP