潛艇在水中與外界通訊——利用無線電波

因為短波在水中衰減得太快，且存在洩密和自我暴露的問題，故目前潛艇在水下如不施放通訊浮標，是無法主動與岸上聯絡的。

核潛艇只能被動地單方面接收岸上的無線電超長波訊號或極長波訊號，這是岸上向潛艇通訊的主要方式

潛艇在水下絕對是幽靈般的存在，其神出鬼的特性要是配上一個足智多謀的艦長足以給敵方帶來足夠多的麻煩，然而經管將在外軍令有所不受但是有些重要的指令還是需要接收的，要知道水下的通訊可不像在空氣中的那樣。由於電磁波在水裡面衰減的速度很快因此普通的無線電肯定不行，那怎麼辦？

既然無線電通訊不行那麼就利用類似神吶原理的水聲通訊唄，的確水聲通訊是各大軍事強國主要的研究方向但是由於種種技術原因目前依舊是處在實驗室階段，還沒有普及。目前長波通訊依舊是潛艇在水下主要的通訊手段，長波相較於普通的短板無線電波在水中的衰減小很多然而依舊難以衰減很嚴重，這就需要提高發射機功率，這也是為什麼大夥兒經常看到長波通訊站特別龐大的原因。

由於長波通訊對裝置的要求特別高同時頻寬還特別小，因此一般情況下只有重要的命令才由陸地傳送給潛艇，同時報文也會特別短而且一般潛艇只會攜帶接收機只能進行單功通訊。而潛艇也可以用浮標與外界進行通訊，潛艇會放出一個浮標，水下用線連著而水面上就和普通的無線電沒什麼區別了。

綜上所述，潛艇的通訊手段目前也無非兩種，一種就是長波通訊，而這種通常都是由總部發送給潛艇的，潛艇只攜帶接收機。另外一種就是利用浮標，類似於中繼的原理進行通訊了。

看過一些資料，潛艇主要依靠短波通訊，但短波在水中衰減很快，浮到水面進行通訊，對潛艇很不安全，所以，潛艇備有可拉伸的天線，水下通訊時拉出天線，長度大約是潛望鏡的高度，再深就要使用浮標天線，在戰爭期間周圍有水面艦艇時就很危險，所以潛艇只能在確定安全的情況下定時發報。

為適應遠距離通訊，潛艇還備有大功率發射機，但發射訊號時，容易被監聽定位。為避免被監聽，潛艇上還備有快速傳送裝置，岸上有自動接受裝置。

隨著技術的進步，傳統通訊方式已很難保證潛艇通訊的安全。需要更加安全可靠的通訊方式，現處於研究階段的就是量子通訊，量子通訊利用了量子不可克隆定理，可保證通訊絕對保密，中國成功進行了海水量子通訊試驗，證實了水下量子通訊的可行性，引的一些國家羨慕不已。

當人在茫茫無際的森林、荒涼無邊的沙漠或樓房林立的城市迷路後，往往不知道自己所在的位置，甚至辨別不出方向。駕駛核潛艇也存在這個問題，在戰事緊張時，是不能浮上來依靠外界引導的，核潛艇在浩瀚漆黑的海水中航行，必須獨闖伸手不見五指的“龍宮”，如果不依靠專門的儀器幫助，就如同“盲人騎瞎馬”，必定迷失方向。 核潛艇在出航前，負責導航的軍官和部門，就已經制定出了一條預先航路，並把航路中的各種要素（如島嶼、淺灘、暗礁、水深、地質、海流、沉船等）事先標註在海圖上，潛艇出航一般都是按照既定的航路行駛的。但核潛艇在深水之中，無法觀察到外界的導航標誌，必須要有先進的水下導航儀器隨時定位，不斷地修正航路，才能確保不偏航。 潛艇的導航儀器比較多，但主要是依靠慣性導航系統。慣性導航系統是當前唯一能向核潛艇導航和武器發射提供必要的全部資料的裝置，與其它導航方式比較，其優點除了精度高、自動化程度高外，最為突出的是工作完全獨立，它依靠自身的慣性元件進行導航，與外界任何參考物（如岸上的物標、星星、太陽、無線電波等）沒有任何關係，所以不受干擾和破壞，隱蔽效能好，在軍事應用上有著極其重要的意義。 慣性導航系統屬於藉助電能工作的電子導航儀器。工作的實質是，由裝在平臺臺體上的加速度計測出潛艇運動的加速度，再透過計算機對加速度經過一次積分得到航速，經二次積分得到航程，並進而算出潛艇所在的經度、緯度、縱橫搖角、速度、航行距離和航向等導航引數。潛艇發射彈道導彈時，必須知道發射時刻潛艇的確切位置、狀態和航速，才能進行精確的彈道計算，最終保證落點精度。 慣性導航系統的主要缺點是定位誤差隨時間的積累而增大，每隔一定時間必須校正。 除了電子導航儀器外，還有兩種型別的導航儀器，也是潛艇上常常裝備的，一般作為備用或修正定位精度。 一種是普通導航儀器。如磁羅經，它是利用磁針受地磁場的作用來指示艦位航向和測定方位的航海儀器，相當於指南針的作用；六分儀的原理是測量天體的高度和地面目標的水平角及垂直角來導航；計程儀是用來指示艇速和航程的儀器；潛望鏡上有方位盤和測距裝置，可起到觀測目標進行導航定位的作用。上述導航儀器雖然結構簡單、使用方便、生命力強，但觀察精度差，一般受天氣影響較大，是比較落後的導航方法；另外使用普航儀器大多還要升起潛望鏡或浮出水面，不利於潛艇的隱蔽。 另一種是無線電導航儀器。它是利用外界導航臺的電磁波資訊，可進行全天候定位的導航儀器，裝置本身的可靠性強，定位速度快。如無線電測向儀（又稱無線電羅盤），它以測量沿海分佈的已知電臺的方位角來定位，多用於艦船在近海的導航；無線電定位儀，如勞蘭C、奧米加導航系統，前者是利用無線電訊號，根據雙曲線原理進行定位的儀器，但它必須有兩個固定的岸上電臺配合使用。後者是以相位延遲原理工作的導航系統，該系統有8個發射臺遍佈全球，用極長波同步發射，潛艇可以不必將接收天線升出水面即可接收訊號進行定位；衛星導航儀是用於接收導航衛星發射的無線電導航資訊，計算測者位置的裝置。 無線電導航系統的缺點是：要依賴岸上的導航發射臺發射電波，如果發射臺一旦被破壞或失靈，就會出現相當大的空白區；而且易被幹擾，不能提供艦艇的航向和姿態資訊等。衛星導航系統雖然可全球覆蓋定位，精度高，但須把天線升起到水面以上，其安全性仍受到質疑；如果使用別國衛星，則無自主權。在水中與外界通訊——利用無線電波 潛艇要遂行軍事任務必須要與外界有安全可靠的通訊方式，而且露出水面的浮標天線也有被敵方雷達探測到的可能。 目前潛艇在水下如不施放通訊浮標，是無法主動與岸上聯絡的，如給彈道導彈核潛艇傳送發射核彈的命令等。 隨著鐳射技術的發展，人們又把目光投向衛星對潛鐳射通訊。

潛艇水下通訊伴隨潛艇發展史，也經歷著從簡單到今天多種方式的發展。

在潛艇誕生之初，那時潛艇結構簡單，最早的潛艇通訊是利用聲波在水中傳輸快的特點設計出一種聲波發，接收器，當然因為聲響易暴露目標，很快淘汰了。

後來無線電技術發展被迅速應用到潛艇上，無線電技術利用電波傳輸訊號，波長越長，越易穿透海水，但是電波頻率越高(波長越短)，訊號則越好，但是無線電波會在水中衰減，電波越短，越衰減利害，直到深水區無法發出接受訊號，只能採取艇外釋放浮標天線至水面來通訊，但缺點是易暴露方位，所以潛艇水下與水面岸上聯絡只能定期在安全水域與外界聯絡，這期間水下潛艇與岸上是無法時時通訊的。

最新型技術的潛艇水下通訊還有鐳射衛星通訊，藍光通訊(藍色光波)等，現代潛艇一般都是裝備各種綜合通訊手段，互為備份，取長補短。

儘管上浮通訊對於潛艇不利，但是潛艇的艦橋上還是有大量通訊天線

一般潛艇透過多個互補的無線電系統進行通訊，幾乎涵蓋了所有軍用通訊頻率。沒有一個通訊系統或頻段可以支援所有海底通訊的要求。潛艇艦載通訊系統包括無線電天線和無線電室裝置，包括無線電發射器/接收器和基帶套件。潛艇需要一套天線來提供必要的通訊，導航和敵我識別（IFF）能力。與水面艦船天線相比，潛艇天線在設計，形狀，材料和效能方面有著非常不同的要求，因為潛艇的空間和重量限制，極端環境條件和隱身考慮因素。特高頻（UHF）衛星通訊提供相對較高的資料速率，但要求潛艇暴露可檢測的桅杆式天線，從而降低其最大的武器——匿蹤性。相反，極低頻（ELF）和甚低頻（VLF）廣播通訊為潛艇提供了高度隱蔽性以及速度和深度上的靈活性，但資料傳輸率較低，潛艇需要特別裝置，且只能進行岸到潛艇的單向廣播通訊。

各種潛艇通訊方式和對於潛艇的影響，從左到右為使用低頻無線電單向通訊；使用漂浮天線，和浮子通訊傳送器；使用指揮塔上的天線（半浮狀態）；安全浮上水面

ELF（極低頻）是指頻率在30到300赫茲之間，波長在10000公里到1000公里之間的無線電波——這是唯一可以穿透數百米海水的無線電波段。美國海軍使用位於威斯康星州和密歇根州的巨大天線傳輸ELF資訊，該天線是由發射塔上長達幾英里的電纜與下面的基岩一起構成的。該頻段用於將短編碼的“拼寫字母”（PLSO）訊息傳送到潛在水下很深深度的潛艇。這些潛艇使用拖拽距離很長的天線來接收訊息。由於通訊是單向的，因此它主要用於傳送預先安排好的資訊或指示潛艇浮到水面附近以便進行高速率通訊。由於波長的原因，環境因素對訊號的強度沒有很大影響，因此這種通訊方式非常可靠。

位於美國威斯康辛州克雷姆湖的極低頻天線基地

VLF（甚低頻）是指頻率在3000到30000赫茲之間，波長在100公里到10公里之間的無線電波率。該頻段可以穿透大約100米以內的海水，並且可以傳輸比ELF更多的資訊。因此當潛艇無法浮出但可以接近水面時，它可用於陸地和潛艇間的通訊。它可能會受到海洋中鹽度梯度的影響，但這些通常不會對近水面的潛艇造成問題。自然界中存在天然VLF輻射，但是通常與ELF一樣，環境條件變化不會對它產生強烈影響，因此它也被作為一種可靠的全球通訊方式。VLF的發射天線需要很大，因此它主要用於從陸地指揮中心到水面艦艇和潛艇的單向通訊。它也可以向多個衛星進行廣播，由後者將訊息中繼到地面。美國海軍將VLF系統作為戰爭期間全球通訊的備份系統，在高頻通訊因為核爆炸無法進行，或者衛星被敵方摧毀後，保持通訊。VLF還被用於飛機和船舶導航信標以及用於傳輸標準頻率和時間訊號。

位於卡特勒的甚低頻天線陣列

HF（高頻）是指頻率在3兆到30兆赫茲之間，波長在100米到10米的無線電波率——這是海軍廣泛使用的通訊頻段。相同的波段還用於遠端雷達。由於天波傳輸模式，HF無線電可以遠距離傳播，有時甚至可以傳播到地球的另一側。由於其多功能性和大覆蓋面積，這是一個非常擁擠的頻段。軍隊只能使用分散在整個頻段中的若干個頻率區域。最有效的傳輸需要相當大的天線，因此它在有岸上站點參與通訊時最有用。天線的尺寸限制了它在飛機上的使用，它也不能用於衛星通訊，因為會被電離層反射。之前很多HF波段的應用現在都被衛星通訊系統接管。HF使用的主要缺點是它非常容易受到電離層的影響，因此必須同時使用幾個頻率相互備份。

美國海軍正在投資新的和以前展示的技術，以便在各種航速和潛深上與潛艇進行通訊，以便協調反潛作戰。最常見的技術是使用拖曳天線或拖曳浮標用於潛艇通訊，這對潛艇的機動性和隱蔽性添加了限制，因此對潛艇全力執行反潛作戰產生了負面影響。可以穿透海水的機載鐳射器可以在不受浮線或浮標限制的情況下和潛艇進行水下通訊。但是因為鐳射的指向性，如何找到和準確的定位潛艇還是需要傳統的無線電手段來幫助。

空潛通訊使用藍綠鐳射一度被認為使非常有前途的通訊手段，但是首先要飛機能夠進入潛艇出沒的海域，其次要能準確的找到潛艇。

美國海軍的“來自海上”戰略的直接任務之一是繼續將其潛艇資源全面整合到遠征任務部隊中。要成為一個聯合定製前進單元（Joint Tailored Forward Element，JTFE）內海軍任務大隊的有效單位，潛艇必須與海軍和聯合通訊系統實現完全互操作。潛艇需要能夠調整其能力，以最佳化它們對聯合特遣部隊（JTF）和海軍部隊指揮官的支援。

飛機，水面艦艇和潛艇等多種資產之間的協調對於有效的反潛戰至關重要。將潛艇整合到整體反潛戰中，真正成為廣闊海域進行反潛搜尋和跟蹤的最有效平臺，在傳統上一直受到潛艇在大深度時有限通訊能力的限制。潛艇通訊曾經侷限於僅傳達任務支援資訊和潛艇所必需的最小指揮和控制通訊。

新時代網路中心站為對潛通訊提出了新挑戰

而在未來的網路中心戰戰法下，需要透過感測器，武器控制系統和資訊系統的聯網，使整個戰區部隊的能力大於各個平臺的簡單加總。在這種情況下，潛艇繼續執行各種任務，包括情報收集，識別和告警（I＆W），反潛戰，反水面作戰，對陸打擊和水雷戰，必須是聯網的感測器和平臺一個組成部分。

因此，潛艇的未來任務需要在通訊連線和頻寬支援上的革命。目標是允許潛艇在沒有當前深度和速度限制的情況下進行通訊，並且具有足夠的頻寬實現實時連線和回傳，以最大化潛艇收集資料和情報的有效性。

這些先進通訊的開發已經開始，並和基於IP架構的窄帶通訊系統的開發相結合。接下來是開發更高資料傳輸速率的天線和寬頻通訊系統，並最終實現允許在各種深度和速度上進行雙向通訊的漂浮有線天線。

先進通訊方式的開發已經開始，對潛通訊正在進入一個新時代

最終，水下資料交換和通訊能力將成為部署無人駕駛潛水器和感測器，使它們和其他有效載荷形成分散式網路的關鍵推動因素。