海戰(zhàn)發(fā)展到今天,水面艦艇對通信的要求越來越高,特別是在高度對抗的電磁環(huán)境下,保持高數(shù)據(jù)率和抗干擾的不間斷通信將是決定戰(zhàn)爭勝負(fù)的重要砝碼,傳統(tǒng)的短波、超短波通信由于頻率較低,信號傳輸指向性差,在無法滿足大數(shù)據(jù)傳輸速率的情況下又很容易被敵軍所截獲進(jìn)行干擾甚至竊聽,因此一種新的水平艦艇通信技術(shù)開始呼之欲出——這就是激光通信技術(shù)。
激光首先是一種人造光。對比普通光源,其主要特點是可以發(fā)射相干光束,也就說每條光線其可以保持一致的頻率、傳播方向和固定的相位差,這種特性使得其很容易被識別出來。而自然光往往是點光源的原子在時間和空間上的隨機(jī)發(fā)射,因此在時間和空間上完全隨機(jī),也就無法攜帶特征信號。在實踐中,一般使用Nd:YAG激光器作為光源。a
激光其次是一種電磁波。其波長一般在為微米到納米級,在這樣短的波長下,其震動頻率非常高,因此在同樣的時間內(nèi),就可以對更多的周期進(jìn)行相位、頻率和振幅進(jìn)行編碼,而這些編碼正是代表著通信信息,因此其通信速率甚至可以比超短波快10萬倍以上,而試驗也證明,激光通信擁有Gbps的通信速率,即使一部高清電影,在幾秒內(nèi)都可以下載完畢,而超短波通信速率在Kbps數(shù)量級上。
擁有這樣快的傳輸速度,無疑會讓更大范圍,更多平臺的傳感器和非傳感器單元接入整個海軍作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò),在配合高性能計算機(jī),完全可以實現(xiàn)空地天電四維態(tài)勢共享,減少情報傳輸延遲和作戰(zhàn)決策延遲,如果搭載在衛(wèi)星上還可使千里之外的指揮部甚至通過高清視頻來實時了解前方發(fā)生的動態(tài),從而把整個作戰(zhàn)體系更加高效的從上到下貫穿起來。那作戰(zhàn)效能也會大大增加。
除了傳輸速率非??熘?,激光還擁有指向性高的特點,從而保證了其被截獲的概率概率接近于0,如以人眼最靈敏的波長550nm的激光進(jìn)行通信時,如果激光光源的孔徑為0.3m,則其發(fā)散角只有0.003°,即使從1000km的激光通信衛(wèi)星下射,在海面的投影也只有幾米,敵人如果想截獲該信號,就必須位于該通信發(fā)散角以內(nèi),這在幾十萬平方公里的現(xiàn)代海戰(zhàn)戰(zhàn)場中概率幾乎為0。從而空間上確立了即使不進(jìn)行復(fù)雜編碼、調(diào)頻等措施,激光通信依然非常保密。
雖然有這么多的好處,但水平艦艇運用激光通信仍然存在很大的難度。
從能量角度看。光波是一種能量,在于水平艦艇通信時其傳輸媒介主要是大氣,但大氣顯然是一種不規(guī)則的物理介質(zhì),其內(nèi)含有空氣分子、懸浮顆粒、水蒸氣等多種物質(zhì),這這些物質(zhì)本身對激光有折射和反射影響,會損耗激光最終到達(dá)目的地的能量,此外這些物質(zhì)針對某些特定波段的光波,吸收效率非常高。這個現(xiàn)象在物理上很好理解,光波傳輸過程中遇到與其波長在同一數(shù)量級上的物質(zhì)時就會帶動起進(jìn)行震動,從而把一部分能量分給這些物質(zhì),因此激光通信的傳輸距離一直是為人所詬病的地方,特別是在云雪霧雨等復(fù)雜天氣下,其通信距離甚至無法突破10km級別。因此接收機(jī)的高靈敏度是一個難點。
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美軍已經(jīng)利用艦載激光發(fā)生器進(jìn)行過多次通信技術(shù)試驗
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