【装备技术】欧洲水下声通信技术发展综述-蓝海星智库
水下声通信技术一直是制约水下装备技术发展的瓶颈技术末世血魔，其中宽带、高速率水下通信技术，是实现海-空-天的宽频段、网络化通信，促进有人-无人系统的通信和联合作战的关键。欧洲等海军强国的水声通信技术研究起步较早；2008年开始针对水下声通信多个技术方向进行研究；2010年开始研究水下声通信网络；2011年针对数据链路层进行了仿真研究和海试；2013年9月启动SUNRISE项目，在不同水域分别建立5个联合的水下声通信试验平台；2017年确立了首个欧洲通信标准耿封停。本文对欧洲水下声通信技术近年的发展进行了阐述林依婷，内容包括欧洲在水下声通信领域所面临的挑战，取得的成就，以及未来的发展趋势等。
一、欧洲水下声通信技术所面临的挑战
水下声通信技术经过多年发展，由单载波发展到多载波、由点对点通信发展到网络通信，通信速率不断提高，通信距离不断增大。并考虑与海、陆、空、天的其它通信系统进行互联互通，为构建可靠数据链提供有用的通信技术。但目前水下通信技术仍面临巨大挑战，如：
（一）物理层信号处理方面
水声通信的技术难度很大，核心问题就是由水声信道的时变性和空变性所带来的强多途干扰问题，采用有效的多普勒补偿措施，确保低误码率，努力提高传输速率和作用距离，用于军用目的的还要考虑信息传递的安全和多址接入等问题。短距离的水声通信传输率可达几百kb/s，但水声通信受环境影响很大格洛米，远距离水声通信就只能采用低传输率进行。
（二）国际间缺少统一标准牛北壬，缺乏合作
水声通信技术发展缓慢，市场份额有限，并没有监管机构或标准制定机构，国际上缺乏统一的行业标准。因此，无法公平的比较通信协议、通信算法，不同研发单位的产品之间互操作性差，不利于行业规范化的形成，制约了行业的发展与合作。
（三）典型的软件架构不能提供跨层信息
典型的通信架构在物理层、介质访问层、网络层之间是严格分离的。这在设计水下网络时会显得过于严格金丝蓉，由于水下信道是时变的，且带宽有限，这些影响将导致通信频繁中断，因此不同层的有用信息必须交换，用于联合协议优化。
（四）海试昂贵
海上试验设备成本高，风险较大。试验高度依赖环境，很难控制。
克服水声通信的挑战需从多方面入手，北约海洋研究与试验中心（CMRE）从不同方面入手研究水下通信技术僵尸管家，并且非常重视国际间的合作开发。2008年CMRE针对水声通信技术的多个方面开展了研究。为了解决物理层互操作问题，CMRE开发了JANUS标准。自从2010年开始，研究水声通信网络方面的内容。2011年，针对媒体访问控制方面进行了仿真和海试。之后定义了时延和中断容错协议（DTN），成功开发了轻型DTN用于海试黑暗乡村，试图应对水下环境的挑战。2011年至今，开发和演示了一个适用于10-20个节点的中等规模水声网络的布线方案，并且研究了水下网络节点的定位技术，在通信和定位架构中嵌入了时钟同步服务。
二、建立标准，促进合作
北约为28个国家的联盟组织，合作至关重要。与陆地通信系统相比伊春特产，水声通信系统市场规模较小，目前还没有统一的监管部门，这导致了没有一个统一的标准，也缺乏合作。CMRE作为学术界和工业界的催化剂，能够促成水下通信领域的合作。自从2008年以来，CMRE就致力于开发和推广JANUS标准。2015年，JANUS标准草案已经提交给北约标准化办公室，2017年被批准为北约首个水下通信标准奥巴马女郎。虽然可以在物理层通过建立标准解决互操作的问题，但还有不同层间的通信协议等问题需要考虑。例如建立一个通用软件架构，包含不同层之间的通信协议。CMRE已经提出了一个软件定义的开放式架构调制解调器（SDOAM），意图是使研究组织、制造商、用户通过开发和采用一定的标准达成共识五红水，促进合作，有利于水下通信领域的良性发展。
三、水下通信技术试验
在水下通信领域石川云子，CMRE的优势是其海试能力。科学家和工程师定期进行海试，以检查设备、验证新技术、采集数据。
（一）舰载试验
CMRE的试验活动离不开“莱昂纳多”号和“联盟”号试验船。“联盟”号试验船是一艘专门设计的舰船，用于水下研究和试验。“联盟”号试验船93米长，提供400平米的封闭试验空间，可容纳25名工作人员。该船装备了甲板操作架、多功能绞车、起重机和工作艇。“莱昂纳多”号是世界上最小的试验船，28米长，可容纳10名工作人员。
自从2008年开始，这两艘试验船就定期的进行水下通信试验。一般每年CMRE支持的水下通信项目都会进行一次舰载海试。试验中采集的数据用于新概念可行性的验证和新方案性能的评估。
“莱昂纳多”号试验船
“联盟”号试验船
（二）近海观测网（LOON）
早在2009年，CMRE就确定需要开发样机试验通信方案以节约海试成本。CMRE开发了一个物理测试平台近海观测网络（LOON），包括海床上一系列小的平台，每一个小平台均配备了各种通信设备，彼此连接，并通过光缆与岸基设备连接。最重要的是LOON被连接到互联网，世界各地的合作者可以直接访问。这大大降低了试验成本，而且可以获取真实的试验数据来测试新的通信技术。这也为长期的海试提供了便利。该系统的主要优点是降低了数据采集的成本张子洲，缺点是该系统电缆和功率的限制。
（三）机器人物理逻辑连接节点项目（MORPH）
2012年，欧盟“第七框架计划”内项目MORPH启动，项目为期4年，该项目开发了一个新的概念，即一个机器人系统由很多空间上分开的移动机器人模块组成，这些模块携带不同且互补的资源，这些模块依靠信息流的虚拟链路连接，可以重新配置，以适应不同的复杂地形。信息流主要依靠水下通信来实现，由CMRE负责研发该项目中的水下通信网络，基于商业的调制解调器提供网络通信和节点定位功能。
（四）SUNRISE项目
2013年，欧洲启动了SUNRISE项目，SUNRISE一词表示传感、监控、连接水下世界，水下通信技术为其主要研究内容。SUNRISE项目共有8个合作伙伴，其中6个来自于欧洲，分别为项目的协调者罗马大学、北约海洋研究与试验中心、Nexse软件工程公司（罗马）、Evologics公司（德国柏林）、荷兰特温特大学、葡萄牙波尔图大学；其余两家合作伙伴分别为土耳其SUASIS公司和美国纽约州立大学布法罗分校。SUNRISE项目很大程度上受LOON启发，在欧洲和美国建立了5个试验平台，便于水下通信技术领域的试验与合作。
四、未来的发展方向
物理层属于水下通信系统的基础，也是制约水下通信技术发展的瓶颈。在此方面，未来将研究先进的信号处理技术和灵巧的接收机，以增加信道容量。除了声学通信，章丽厚光通信和电磁通信等非声通信技术也成为了研究的热点，希望在特殊场合或作为声学通信的补充手段而应用。此外，水下通信网络、水下通信安全问题也为未来的发展重点。（蓝海星：王晓静）
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