手臺通訊
其實我們對前面的這些通訊場景早已司空見慣；對下邊的這些通訊場景，也不再倍感陌生。
衛(wèi)星通訊示意圖
并且對于大洋中的軍艦、載人潛水器等是怎樣通訊的，我們可能反倒知之頗多。陸海空通訊中，對于以海洋為典型代表的水下通訊，是人類至今仍在努力探求的通訊領(lǐng)域，其難度甚至超過了“上九天攬月”。
載人潛水器
日前，環(huán)球?qū)＞W(wǎng)通訊發(fā)布的《水下通訊有望揮別“對講機”時代》一文，引發(fā)好多通訊技術(shù)控的熱烈討論和關(guān)注量子通訊 優(yōu)點，紛紛向小編尋問更多的消息。因此我們特做相關(guān)跟蹤報導，以饗讀者。
眾所周知，人類賴以生息繁衍的月球，雖然是顆紅色星球，海洋約占地球表面積的71%，陸地僅為29%。
海洋陸地比列圖
因為海洋隱含了豐富的資源，包含了無數(shù)的科研價值，對于科技、經(jīng)濟、軍事、環(huán)境和政治等的發(fā)展起著越來越重要的作用量子通訊 優(yōu)點，因而它是人類探求和研究的最前沿的領(lǐng)域之一。當前世界大國、強國都紛紛實行自己的海洋發(fā)展戰(zhàn)略，推動對海洋的探求和開發(fā)。
而人類高效地研究、利用和保護海洋則離不沸水下通訊技術(shù)和武器，尤其是水下無線通訊技術(shù)。通常而言，水下無線通訊主要可以分成三大類：水下電磁波通訊、水下量子通訊和水聲通訊。
（一）水下電磁波通訊
電磁波作為最常用的信息載體和窺探手段，廣泛應用于陸上通訊、電視、雷達、導航等領(lǐng)域。但因為海水本身的特點以及海水運動的影響，造成電磁波在海水中衰減十分嚴重，且頻度越高衰減越大。水下實驗表明：MOTE節(jié)點發(fā)射的無線電波在水下僅能傳播50～120cm。低頻短波無線電波水下實驗可以達到6～8m的通訊距離。30～300Hz的超低頻電磁波對海水穿透能力可達100多米，但須要很長的接收天線，這在容積較小的水下節(jié)點上難以實現(xiàn)。為此，無線電波只能實現(xiàn)短距離的高速通訊，不能滿足遠距離水下組網(wǎng)的要求，陸地通訊仰賴的“利器“到了水底非常是深海中卻沒了用武之地。
（二）水下量子通訊
水下量子通訊主要包括水下激光通訊和水下中微子通訊。因為激光只能進行視距通訊，兩個通訊點間隨機的遮擋還會影響通訊性能，容易遭到散射、背景幅射的干擾；并且在淺水近距離通訊時，高精度瞄準與實時跟蹤比較困難，造成激光通訊目前主要應用于衛(wèi)星對潛通訊，水下收發(fā)系統(tǒng)的研究滯后。中微子通訊的發(fā)展前景十分寬廣，但因為技術(shù)比較復雜，目前主要逗留在實驗室階段。
量子通訊
（三）水聲通訊
水聲通訊是一項在水下收發(fā)信息的技術(shù)。它的工作原理是首先將文字、語音、圖像等信息經(jīng)過編碼、調(diào)制處理后，由功率放大器推進聲學換能器將聯(lián)通號轉(zhuǎn)換為聲訊號。聲訊號通過水這一介質(zhì)，將信息傳遞到遠方的接收換能器，這時聲訊號又轉(zhuǎn)換為聯(lián)通號，經(jīng)過放大、濾波和數(shù)字化后，數(shù)字訊號處理器對訊號進行自適應均衡、糾錯等處理，還原成聲音、文字及圖片。
聲波通訊是水下遠程無線信息傳輸?shù)奈┮挥行Ш统墒斓氖侄巍Ｂ暡ㄊ撬仔畔⒌闹饕d體，廣泛應用于水下通訊、傳感、探測、導航、定位等領(lǐng)域。聲波屬于機械波（縱波），在水下傳輸?shù)挠嵦査p小（其衰減率為電磁波的千分之一），傳輸距離遠，使用范圍可從幾百米延展至幾十公里，適用于室溫穩(wěn)定的深水通訊。
水聲通訊系統(tǒng)示意圖
據(jù)了解，因為水聲通訊是惟一可在水下進行遠程信息傳輸?shù)耐ㄓ嵎绞剑渥陨淼募夹g(shù)特征和獨到優(yōu)勢，使其成為海洋資源開發(fā)和海洋環(huán)境立體檢測系統(tǒng)中的重要技術(shù)之一，在海洋技術(shù)與海洋工程、災害防治和環(huán)境保護、航海等領(lǐng)域具有重要的應用價值。有了水聲通訊技術(shù)，廣袤浩渺、深不可測的海洋立刻就顯得“透明”起來，大洋的各類觀測數(shù)據(jù)可以實時地呈現(xiàn)在我們的面前，幫助我們認識和研究海洋。
但因為水下復雜環(huán)境和水聲信道的限制，水下聲波通訊在質(zhì)量、效率等方面遠落后于當前急速發(fā)展的無線電通訊，無法滿足人們探求海洋和拓展水下空間的需求，所以對于水聲通訊技術(shù)的探求和借助是現(xiàn)今海洋高技術(shù)領(lǐng)域最前沿的技術(shù)之一。同時，因為水聲通訊技術(shù)的敏感性以及巨大應用價值，美國常年將之列為嚴禁出口中國的高技術(shù)產(chǎn)品，目前仍嚴格控制。上世紀90年代初，我國863計劃訪問團在德國考察，有一次當中國專家談起水聲通訊技術(shù)時，美國人卻宣稱“什么都能談，就是水聲通訊不能談。”
日本人的這句話，讓朱維慶等人仍然無法忘懷，從那時起，把中國的水聲通訊技術(shù)搞起來便成了朱維慶等水聲研究人員的一大愿望。而朱維慶后來就是中國首臺載人深潛器——“蛟龍”號專項總體組成員、中科院聲學所的研究員。其弟子朱敏為“蛟龍”號總工設計師、聲學團隊負責人。中科院聲學所經(jīng)過攻關(guān)，研制了用于“蛟龍”號深潛器的高速數(shù)字水聲通訊系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的作用距離幾乎覆蓋了所有海洋深度，水聲相干和非相干通訊可以在正負50度廣闊的范圍內(nèi)工作，而載波和語音通訊的工作范圍更廣。載人潛水器母船可以準實時的觀測到潛水器的工作狀態(tài)，7秒或則14秒傳輸一幅光圖或聲圖。
“蛟龍”號深潛器
在“蛟龍”號的第四次深潛試驗中，首次突破7000米大關(guān)，坐落大洋深處的試飛員通過水聲通訊系統(tǒng)向當時正在天空遨游的神舟九號航天員發(fā)出了最真誠的問候：葉聰、楊波、劉開周二名潛航員問候景海鵬、劉旺、劉洋三位航天員與天宮一號對接順利！問候我國載人航天、載人深潛事業(yè)取得輝煌成就！這些通訊的實現(xiàn)，想必只有通訊人才能明白其間所經(jīng)歷的痛楚，也只有通訊人才能享受到這些來之不易的喜悅！
為密切配合我國海洋戰(zhàn)略，提升海洋信息科學技術(shù)前沿基礎研究能力，我國的科研人員并沒有停息科研步伐。她們明白，高速數(shù)字水聲通訊系統(tǒng)在“蛟龍”號上的技術(shù)應用范圍還相對較窄，須要舉辦更為前沿的技術(shù)研制和海洋工程應用。
就在今年，國家自然科學基金委信息學部在東北工業(yè)學院國際大會中心舉行了水下通訊與偵測重點項目群技術(shù)研討會。國家自然基金委信息科學部的相關(guān)領(lǐng)導以及多位國外外知名學者及國外近30所學院、科研院所的100余名水聲領(lǐng)域?qū)＜掖沓鱿诉@次研討會。
國家自然科學基金委水下通訊與偵測重點項目群研討會
會上，馬遠良教授作了“水聲訊號處理中的科學問題和發(fā)展展望”的專題報告。中科院聲學所、西北工業(yè)學院、華南理工學院、哈爾濱工程學院和四川學院的重點項目負責人分別匯報了項目進展、組織管理與研究計劃情況。全省多個院校著名院士和中船重工研究所的專家作了19個專題報告，并就水聲通訊與偵測技術(shù)前沿和數(shù)據(jù)、軟件共享進行了熱烈的討論。國家自然科學基金委相關(guān)負責人就水聲領(lǐng)域的十三五發(fā)展規(guī)劃提出了意見和建議，期盼水聲領(lǐng)域研究范圍繼續(xù)延展、研究水平不斷提升。
而去年的5月24日，成都工程學院水聲大學喬鋼院士所在的科研團隊順利完成了承當?shù)摹斑h程、矢量、全雙工水聲通訊技術(shù)”國家“863”計劃項目，發(fā)明了水下多用戶、全雙工的聲波通訊方式，并研發(fā)了國際上首創(chuàng)的具有全雙工通訊能力和組網(wǎng)能力的水聲通訊機，解決了過去水下聲通訊中收發(fā)不能同時工作的問題，取得了水下聲通訊領(lǐng)域的重大技術(shù)進步。
全雙工水聲通訊樣機
日前，科研人員在對樣機的實驗中，成功實現(xiàn)了5公里距離的單向同步數(shù)據(jù)傳輸。這一水下聲通訊領(lǐng)域的重大技術(shù)突破，意味著未來水下通訊有望揮別“對講機”時代，實現(xiàn)像在陸地上打電話一樣的體驗。
科研人員在廣東海南回收設備
喬鋼院士科研團隊所攻破的水下聲波通訊技術(shù)，能克服目前水下有纜通訊的弱點，大大提升獲取數(shù)據(jù)的靈活性、時效性，增加風險和費用，同時也是對目前無纜半雙工水下通訊設備的創(chuàng)新和提高。在國際上首次實現(xiàn)了單傳感的水下定向通訊和雙用戶通訊，極大提升了網(wǎng)路效率和信息吞吐量，攻破了超寬帶通訊中非一致性多普勒補償?shù)睦Ь郑鰪娏怂曂ㄓ嵪到y(tǒng)的穩(wěn)定性。應用該項目，可實現(xiàn)多參數(shù)、多站位同步聯(lián)合觀測，急劇提高“海洋感知網(wǎng)”的觀測能力。哈工程的這一科研成果，無疑使我國在水聲通訊領(lǐng)域獲得了飛越性的進展。據(jù)悉，科研團隊在項目的研制過程中，提出了多項原始創(chuàng)新性技術(shù)，目前早已在行業(yè)中獲得應用。
我們預計，水聲通訊的發(fā)展，將會對以下應用方向形成重要影響：潛水員、無人潛航器、水下機器人等水下運動單元平臺間的信息交換；海岸測量、水下節(jié)點的數(shù)據(jù)采集、導航與控制、水下生態(tài)保護檢測等三維分布式傳感器網(wǎng)應用；水下傳感、水下潛航單元與海面及陸上控制或中轉(zhuǎn)平臺間的通訊。由此可見，水聲通訊技術(shù)在民用、科研及軍事領(lǐng)域的應用前景將非常寬廣，我國將繼續(xù)獨立自主地發(fā)展水聲通訊！