黎漫斯，陳 娟，盧 皎

(1. 中國人民解放軍91469部隊，北京 100841；2. 中國人民解放軍91917部隊，北京 102401；3. 中國人民解放軍94201部隊，山東 濟南 250200)

0 引 言

水下通信作為水下作戰(zhàn)保障的重要組成部分，主要是以潛艇為主的水下作戰(zhàn)平臺之間及與水面和岸基之間的通信聯(lián)絡(luò)，在水下戰(zhàn)場信息化建設(shè)中扮演關(guān)鍵角色[1]。潛艇作為重要的水下作戰(zhàn)平臺，是戰(zhàn)斗以及反潛的主要力量，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中必不可少的武器。但是由于潛艇必須深潛水下，不能及時獲取戰(zhàn)爭情報態(tài)勢，因此必須靠通信來保障其水下作戰(zhàn)和其他戰(zhàn)術(shù)活動的指揮[2]。

本文運用Matlab對對潛通信系統(tǒng)中重要通信手段的通信效能進行建模，便于直觀對對潛系統(tǒng)評價中各通信手段的通信效能進行系統(tǒng)效能評價。通過對對潛

通信系統(tǒng)中各通信手段的通信效能分析，可用來完成對對潛通信系統(tǒng)的通信效能進行評估。

1 對潛通信手段

對潛通信可用手段主要包括超低頻、甚低頻通信、短波、超短波、艇載數(shù)據(jù)鏈通信、衛(wèi)星通信、浮標通信等[3-4]。本文選取有代表性的甚低頻、艇載數(shù)據(jù)鏈、衛(wèi)星、浮標通信為研究對象，對對潛通信效能進行研究。

1.1 甚低頻通信

甚低頻通信又稱長波通信，甚低頻無線電波利用地波傳播，傳輸穩(wěn)定，受電離層擾動和季節(jié)變化影響小，在傳播路徑上的大氣衰減很小，可以實現(xiàn)遠距離

的通信，通信可靠，甚低頻信號在海水中衰減較小，對海水有一定的穿透力。

1.2 艇載數(shù)據(jù)鏈通信

數(shù)據(jù)鏈是互通數(shù)據(jù)的鏈路，就像一張網(wǎng)，只要有一個數(shù)據(jù)終端就可以從這個數(shù)據(jù)鏈里獲得自己所需要的信息，同樣也可以使用終端往這個數(shù)據(jù)鏈路里添加?xùn)|西。隨著現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭向信息化、網(wǎng)絡(luò)化和體系對抗方向發(fā)展，數(shù)據(jù)鏈在信息收集、分發(fā)、處理和共享中起著至關(guān)重要的作用。

1.3 衛(wèi)星通信手段

通信衛(wèi)星是一種在軌道上運行的中繼器。它接收、放大和處理來自地面某點的信號，然后將其轉(zhuǎn)發(fā)到地面的另一點。衛(wèi)星通信能夠提供無傳播障礙的、全球接續(xù)的高質(zhì)量寬帶遠距離線路。一顆衛(wèi)星能夠覆蓋其視角內(nèi)的區(qū)域；同時可通過采用多條地對地衛(wèi)星線路延長其通信距離，或者在衛(wèi)星之間進行中繼的方法實現(xiàn)全球衛(wèi)星通信。

1.4 綜合浮標天線通信手段

潛艇綜合浮標是一種拖曳浮標，它為潛艇提供了一種在安全深度以下與岸基、水面和空中各類作戰(zhàn)平臺進行雙向通信的有力手段，同時也使?jié)撏Ь邆淞怂陆邮站_導(dǎo)航定位信息的能力。

2 對潛通信裝備效能指標體系

潛艇通信系統(tǒng)主要由甚低頻收信設(shè)備、高頻通信設(shè)備、甚/特高頻通信設(shè)備、UHF戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)通設(shè)備、遇險救生通信設(shè)備及內(nèi)通設(shè)備等組成，其中涵蓋了各種通信手段的運用[5-6]。對潛通信裝備的效能評估包含評估對潛通信指標體系、權(quán)值、評估所需信息和評估方法等要素，這三大要素之間相互影響[7]。

2.1 指標體系

建立對潛通信指標體系是評估工作的首要任務(wù)，是后繼評估工作的基礎(chǔ)平臺[8-9]。指標體系內(nèi)，對潛通信評估指標的選取直接關(guān)系到綜合評估的結(jié)果[10-11]。立足于軍事應(yīng)用的角度考慮，把對潛通信系統(tǒng)的通信效能指標綜合歸納為兩類，即業(yè)務(wù)性能指標和戰(zhàn)術(shù)性能指標。在此層次上，業(yè)務(wù)性能指標可以劃分為通信及時性、有效性和可靠性3類指標，分別從系統(tǒng)的時效性、信息傳輸質(zhì)量和安全可靠等3個方面來綜合反映系統(tǒng)的業(yè)務(wù)性能。同時，從通信過程中潛艇的隱蔽性和機動性2個方面對戰(zhàn)術(shù)性能指標進行研究。

2.2 指標權(quán)值

以上文分析的對潛通信系統(tǒng)效能評估指標體系為基礎(chǔ)，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，由專家打分法得到各層指標的權(quán)值[12-14]，如表1所示。

表1 對潛通信系統(tǒng)通信效能指標權(quán)值Tab. 1 Weights of communication effectiveness indicators for submarine communication systems

3 效能分析

潛艇通信的效能依據(jù)通信手段不同而不同[15]，根據(jù)各層指標的權(quán)值及通過對甚低頻通信、艇載數(shù)據(jù)鏈通信、衛(wèi)星通信、浮標通信這4種通信手段的度量指標進行量化得到歸一化值，并選取Matlab為仿真平臺，假設(shè)仿真精度為0.2，構(gòu)建對上述4種對潛通信手段的通信效能模型，主要有技術(shù)效能模型和戰(zhàn)術(shù)效能模型。

3.1 技術(shù)效能分析

技術(shù)性能指標主要用于衡量通信系統(tǒng)在給定時間內(nèi)完成通信業(yè)務(wù)的能力，它受到系統(tǒng)的通信距離、通信速率、誤碼率、承載的業(yè)務(wù)種類、系統(tǒng)抗干擾性、抗毀性和保密性等諸多因素的影響[16]。

1）及時性

及時性指標用于衡量系統(tǒng)在規(guī)定的時間，完成傳輸消息任務(wù)的能力，受到系統(tǒng)的通信距離、通信速率和響應(yīng)時間的制約。甚低頻通信、艇載數(shù)據(jù)鏈通信、衛(wèi)星通信、浮標通信的及時性效能如圖1所示。

由圖1可知，在對潛通信裝備效能指標體系中，通信距離的權(quán)重占及時性指標的權(quán)值為0.3。甚低頻通信、衛(wèi)星通信、浮標通信的歸一化值均為0.9，經(jīng)過計算，效能值均為0.27，艇載數(shù)據(jù)鏈的歸一化值為0.7，因此其效能值為0.21，因此，此4種通信手段均可較好滿足潛艇水下作戰(zhàn)使用中對潛通信距離的傳輸需求；通信速率的權(quán)重占及時性指標的權(quán)值為0.4，其中，甚低頻的歸一化值為0.3，因此其效能值為0.12，與滿足對潛通信的及時性傳輸需求存在較大差距，艇載數(shù)據(jù)鏈的歸一化值為0.6，因此其效能值為0.24，基本滿足對潛通信的及時性傳輸需求，衛(wèi)星通信的歸一化值為1，則其效能值為0.4，可出色對潛通信的及時性傳輸需求，浮標通信的歸一化值為0.8，因此其效能值為0.32，可較好滿足對潛通信的及時性傳輸需求；甚低頻通信的信息傳輸響應(yīng)時間包括岸臺發(fā)射信息轉(zhuǎn)換及發(fā)射延遲時間和信息空中傳輸水下接收延遲時間。依據(jù)指標效能值，在對潛通信裝備效能指標體系中，響應(yīng)時間的權(quán)重占及時性指標的權(quán)值為0.3，甚低頻通信的歸一化值為0.6，經(jīng)計算其效能值為0.18，基本滿足潛艇水下作戰(zhàn)中對潛通信的及時性需求；艇載數(shù)據(jù)鏈的歸一化值為0.8，則其效能值為0.24，可較好滿足對潛通信的及時性需求；衛(wèi)星通信、浮標通信的歸一化值為0.5，因此這2種通信手段的效能值均為0.15，與對潛通信的及時性需求存在較大差距。

圖1 4種通信手段的及時性效能圖Fig. 1 Timeliness efficiency diagram of four communication means

2）有效性

有效性指標用于衡量系統(tǒng)準確傳輸信號的能力，本文主要考慮誤碼率、單雙向通信和通信業(yè)務(wù)種類對它的貢獻[17]。4種通信手段的有效性效能如圖2所示。

在對潛通信裝備效能指標體系中，誤碼率的權(quán)重占有效性指標的權(quán)值為0.5，甚低頻通信的歸一化值為0.6，計算出效能值為0.3，基本滿足潛艇水下作戰(zhàn)的可靠性需求；艇載數(shù)據(jù)鏈的歸一化值為0.4，因此其效能值僅為0.2，與對潛通信質(zhì)量的可靠性需求存在較大差距；衛(wèi)星和浮標通信的歸一化值為0.9，因此效能值均為0.45，可較好滿足對潛通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃孕枨?；單雙向通信的權(quán)重占有效性指標的權(quán)值為0.2。其中，甚低頻通信和艇載數(shù)據(jù)鏈通信為單向通信，僅能滿足收信需求，其歸一化值均為0.5，因此效能值均為0.1；衛(wèi)星通信和浮標通信為雙向通信，可滿足對潛通信中雙向通信需求，其歸一化值均為1，得出效能值為0.2；通信業(yè)務(wù)種類的權(quán)重占有效性指標的權(quán)值為0.3。甚低頻通信的通信業(yè)務(wù)種類為報文、數(shù)據(jù)，其歸一化值為0.6，得出效能值為0.18，基本滿足潛艇水下作戰(zhàn)中對潛通信的有效性需求；艇載數(shù)據(jù)鏈的通信業(yè)務(wù)種類為格式化數(shù)據(jù)，其歸一化值為0.4，計算出效能值為0.12，對滿足潛艇水下作戰(zhàn)中對潛通信的有效性需求存在一定差距；衛(wèi)星通信的通信業(yè)務(wù)種類為明/密話、報文、數(shù)據(jù)圖像等，其歸一化值為0.7，則效能值為0.21，可較好滿足對潛通信的有效性需求；浮標通信的歸一化值為0.8，得出通信效能值為0.24，可較好滿足對潛通信的有效性傳輸需求。

圖2 4種通信手段的有效性效能圖Fig. 2 Effectiveness diagram of four communication means

3）可靠性

甚低頻通信、艇載數(shù)據(jù)鏈通信、衛(wèi)星通信、浮標通信的可靠性效能如圖3所示。

圖3 4種通信手段的可靠性效能圖Fig. 3 Reliability effectiveness diagram of four communication means

根據(jù)指標效能值，在對潛通信裝備效能指標體系中，抗干擾性的權(quán)重占可靠性指標的權(quán)值為0.3。依據(jù)指標效能值，甚低頻通信的歸一化值為0.8，效能值為0.24；艇載數(shù)據(jù)鏈的歸一化值為0.4，效能值為0.12；衛(wèi)星通信的歸一化值為0.5，效能值為0.15；浮標通信的歸一化值為0.9，效能值為0.27?？梢缘贸龈送ㄐ诺目垢蓴_能力最強，其次是甚低頻通信，再次為衛(wèi)星通信，其中，抗干擾能力最差的通信手段為艇載數(shù)據(jù)鏈通信；抗毀性的權(quán)重占可靠性指標的權(quán)值為0.4。依據(jù)指標效能值，甚低頻通信的歸一化值為0.3，得出效能值為0.12；艇載數(shù)據(jù)鏈的歸一化值為0.9，計算出效能值為0.36；衛(wèi)星通信的歸一化值為0.8，得出效能值為0.32；浮標通信的歸一化值為1，因此其效能值為0.4。因此，浮標通信抗毀能力最強，其次為艇載數(shù)據(jù)鏈，再次為衛(wèi)星通信，而甚低頻通信的抗毀性相對最弱；保密性的權(quán)重占可靠性指標的權(quán)值為0.3，甚低頻通信的歸一化值為0.9，其效能值為0.27；艇載數(shù)據(jù)鏈的歸一化值為0.7，得出效能值為0.21；衛(wèi)星通信和浮標通信的歸一化值均為0.8，因此效能值均為0.24。由此可知，甚低頻通信保密性最強，信息最安全，其次為衛(wèi)星通信和浮標通信，艇載數(shù)據(jù)鏈通信的保密性相對前3種通信手段較弱。

3.2 戰(zhàn)術(shù)效能分析

由于潛艇通信系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的特殊性，對隱蔽性和機動性有特殊的要求和標準。

1）隱蔽性

潛艇通信時保持隱蔽性至關(guān)重要，最主要是潛艇在非安全深度的停留時間長短，隱蔽性衡量指標包括通信深度、通信上浮次數(shù)、上浮停留時間。甚低頻通信、艇載數(shù)據(jù)鏈通信、衛(wèi)星通信、浮標通信的隱蔽性效能如圖4所示。

圖4 4種通信手段的隱蔽性效能圖Fig. 4 Hidden efficiency diagram of four communication means

1）通信深度

通信深度的權(quán)重占隱蔽性指標的權(quán)值為0.5，甚低頻通信和艇載數(shù)據(jù)鏈通信的歸一化值均為0.7，效能值為0.35，潛艇深度為水下約50 m，艇載數(shù)據(jù)鏈可用于潛望或水面狀態(tài)，較好滿足通信深度需求；衛(wèi)星通信的歸一化值為0.1，因此其效能值為0.05，僅可用于潛望或水面狀態(tài)，難以滿足潛艇水下作戰(zhàn)的通信深度需求；浮標通信的歸一化值為1，效能值均為0.5，其中，運用浮標手段進行對潛通信時，可滿足大深度通信需求。

2）通信上浮次數(shù)

通信上浮次數(shù)的權(quán)重占隱蔽性指標的權(quán)值為0.25，甚低頻通信的歸一化值為1，其效能值為0.25；艇載數(shù)據(jù)鏈的歸一化值為0.5，得出效能值為0.125；衛(wèi)星通信歸一化值為0.5，得出效能值為0.125；浮標通信的的歸一化值為1，因此效能值為0.25。因此，甚低頻通信和浮標通信的通信上浮次數(shù)比較多，潛艇通信時的隱蔽性貢獻較小，衛(wèi)星通信和艇載數(shù)據(jù)鏈通信的通信上浮次數(shù)對潛艇隱蔽性的發(fā)揮有利。

3）上浮停留時間

依據(jù)指標效能值，通信上浮次數(shù)的權(quán)重占隱蔽性指標的權(quán)值為0.25，甚低頻通信的歸一化值為1，因此效能值為0.25；艇載數(shù)據(jù)鏈的歸一化值為0.8，得出效能值為0.2，停留時間較短；衛(wèi)星通信的歸一化值為0.4，效能值為0.1，停留時間較長；浮標通信的歸一化值為1，計算出效能值為0.25。其中，數(shù)據(jù)鏈通信的停留時間較短，其次是甚低頻通信和浮標通信，衛(wèi)星通信的上浮停留的時間相對較長，不利于潛艇隱蔽特性的發(fā)揮。

2）機動性

潛艇在水下通信時往往航速和航向都受到限制，制約了潛艇機動性能的發(fā)揮，機動性衡量指標包括航向受限性和航速受限性。甚低頻通信、艇載數(shù)據(jù)鏈通信、衛(wèi)星通信、浮標通信的機動性效能如圖5所示。

圖5 4種通信手段的機動性效能圖Fig. 5 Maneuverability efficiency diagram of four communication means

1）航向受限性

依據(jù)指標效能值，航向受限性的權(quán)重占機動性指標的權(quán)值為0.5，甚低頻通信的歸一化值為0.7，因此得出其效能值為0.35；艇載數(shù)據(jù)鏈的歸一化值為1，得出效能值為0.5，停留時間較短；衛(wèi)星通信的歸一化值為1，得出效能值為0.5，停留時間較長；浮標通信的歸一化值為1，得出效能值為0.5。

2）航速受限性

依據(jù)指標效能值，航速受限性的權(quán)重占機動性指標的權(quán)值為0.5，甚低頻通信的歸一化值為0.6，因此其效能值為0.3；艇載數(shù)據(jù)鏈的歸一化值為0.8，得出效能值為0.4；衛(wèi)星通信的歸一化值為0.6，因此效能值為0.3；浮標通信的歸一化值為0.8，得出其效能值為0.4。其中，艇載數(shù)據(jù)鏈通信和浮標通信最大航速在對潛通信中的機動性較好，甚低頻通信和衛(wèi)星通信最大航速相對較大，但是機動性相比前2種通信手段則較差。

3.3 總體效能分析

如圖6所示，浮標通信的總體通信總效能值最高為0.88，其突出優(yōu)勢在于其通信的及時性好，可靠性及有效性較好，機動性強，主要問題是隱蔽性差；衛(wèi)星通信的總效能值為0.67，通信的及時性好，有效性和可靠性都較高，機動性較強，缺陷是隱蔽性差，通信深度不符合潛艇隱蔽要求、停留時間長、有尾流，易暴露潛艇行蹤；甚低頻通信的總效能值為0.66，其隱蔽性很強，但是通信的及時性和有效性相對不足，機動性受限，主要問題是通信速率偏低、航向和航速受限；艇載數(shù)據(jù)鏈通信的總效能值為0.65，其機動性和隱蔽性較強，及時性和可靠性一般，通信有效性偏低，主要問題是通信速率偏低、高誤碼率和低抗干擾性。

圖6 4種通信手段的通信效能圖Fig. 6 Communication efficiency diagram of four communication means

4 結(jié) 語

綜上仿真分析結(jié)果可知，一種通信手段如果在某些方面具有優(yōu)勢，在其他方面則呈現(xiàn)較明顯劣勢。任何一種通信手段都無法同時滿足對潛通信系統(tǒng)中對有效性、覆蓋范圍、隱蔽性等多方面的要求，這主要是由潛艇特殊的作戰(zhàn)使用環(huán)境和戰(zhàn)法決定的[18]。因此，為保障現(xiàn)代信息化海戰(zhàn)場中對潛艇的通信保障能力，除提高傳統(tǒng)對潛通信手段的抗干擾、抗截獲、抗摧毀能力，發(fā)展更加穩(wěn)定可靠的對潛通信系統(tǒng)；還應(yīng)采用先進技術(shù)，提高潛艇通信的對抗能力和發(fā)信的隱蔽性；開發(fā)藍綠激光，實現(xiàn)隱蔽、可靠、高數(shù)據(jù)率的對潛通信技術(shù)手段等以提高對潛通信系統(tǒng)的整體作戰(zhàn)和通信效能。