提高潜艇隐蔽通信能力的思考∗

（海军研究院 北京 100036）

1 引言

潜艇的战斗力来源于隐蔽性。潜艇通信技术的进步极大提升了潜艇的隐蔽性，但潜艇探测技术手段的发展也从未停止，潜艇隐蔽通信所面临的形势依然严峻。

潜艇在通信过程中涉及到的暴露有声音暴露、光电暴露、RCS暴露和电磁信号暴露等。声音暴露因素是通信时通信装置发出的声音被声探测设备探测导致的暴露。光电暴露，如红外辐射暴露和可见光暴露。红外暴露是指通信时产生的热量被红外探测设备探测。可见光暴露是指通信时暴露在海水表面的天线、通气管、潜望镜等可见的情况。RCS暴露是指潜艇通信时暴露在海面上的通信天线或者其他设备反射雷达波，致使潜艇被雷达探测设备探测的情况。电磁暴露是指通信信号被通信侦察设备侦测［8］。

2 暴露因素及相关原理

2.1 声音暴露分析

2.1.1 声呐探测原理

考虑潜艇声音暴露主要由于声纳对潜艇辐射噪声的探测，属于被动探测，由被动声呐方程和声波在海水中的传播损失公式得出：

其中，R为探测距离，DI-DT是声呐本身的参数，NL是声呐装载平台的自噪声系数，SL为辐射噪声级，对于被测潜艇而言，可将等式右边除SL以外的项看成常数A，SL越大，则被探测的距离越大。

2.1.2 通信过程中的声音暴露分析

潜艇隐蔽通信过程中涉及的声音暴露主要体现在两方面，一是收放天线时产生的噪声，另一方面是通信浮标随潜艇航行过程中与水流之间产生的噪声。虽然噪声较弱，但会影响探测距离［1］。特别是由于收放天线时，瞬间产生的具有特殊声谱特征的噪声。

2.2 红外暴露分析

红外辐射带有物体本身的特性，温度越高，红外辐射强度越大［2］。红外辐射非肉眼可见，但红外成像技术能够把红外辐射转化成电信号，从而将不可见的红外辐射转化为可见光图像。反潜飞机装载的红外探测装备探测潜艇露出海面部分所产生的红外特征，区别于海面的红外特征，进而探测到潜艇［9］。潜艇在潜望状态、水面航行状态通信时，露出水面部分的天线在发送通信信号的过程，会伴随一定的发射功率，进而产生一定的热量，导致被红外探测设备发现，给隐蔽性带来一定的影响。

红外探测距离是红外成像系统的一个重要战术指标［10］。典型的红外探测距离公式为

其中，D0为光学系统通光口径；D*为探测器在工作波段的比探测率；J为目标辐射强度；τa为大气透过率；τ0为光学系统透过率；Ad为探测器有效元面积（单位为m2）；Δf为电子学系统宽带，且为探测器驻留时间；为图像检出信噪比。可见，红外探测距离受目标辐射特性、大气传输、光学系统、探测器系统以及信号处理水平等几个方面的影响。其中，目标辐射强度与露出海面的装置面积、特性及信号的功率等有关。

2.3 RCS暴露分析

2.3.1 RCS暴露原理

雷达散射截面积（RCS）表征目标对雷达波的散射能力，是目标雷达隐身能力的重要指标。根据雷达方程，雷达作用距离R的四次方与目标RCSσ成正比。目标的RCS与目标本身的大小、材质等特征密切相关。

2.3.2 通信过程中RCS暴露分析

分艇本体通信和艇离体通信两种情况来看。艇本体通信时，潜艇要处于水面或潜望状态，有桅杆天线、潜望镜等其他露出水面的设备。艇离体通信时，一般处于水下状态，仅天线露出水面，如图1所示。露出水面的部分会对探测雷达发出的雷达波进行反射，造成RCS暴露，因此，艇本体通信较离体通信而言暴露在海面部分的RCS更大［11］。

图1 艇本体通信和艇离体通信

2.4 电磁信号暴露分析

潜艇通信过程中发出无线电通信信号，一旦被敌方的通信侦察系统截获并进行信号分析，就可以得到潜艇的通信体制信息，甚至还可对信号辐射源进行定位。因此，电磁信号暴露会给潜艇隐蔽性带来很大影响［12］。

影响侦察接收机截获潜艇信号的指标有接收机的灵敏度、信号接收带宽和信号的功率、持续时间［5］。接收灵敏度一定的情况下，如果发射信号的功率较低，则不容易被截获到。通信侦察系统的接收带宽，大都是非全频段的固定带宽扫描搜索信号，因此，通信频率的设定对于通信侦察系统也有一定的影响。信号持续时间，也叫信号的空中驻留时间，时间越长，则给侦察系统侦察的时间就越长，则信号越容易被发现。若通信侦察系统长期截获到某种特征的信号并进行分析，则益于建立关于信号辐射源的通信体制内容的先验知识［6］，另外，定位系统对信号的空中停留时长也有要求，如果信号停留时间太短，则定位的可能性就会大大减小。

因此，对于在通信过程中对电磁信号的暴露影响较大的因素有信号空中驻留时长、信号功率等。

3 构建潜艇隐蔽通信能力评估指标体系

3.1 评估方法分析

潜艇隐蔽通信能力是指潜艇通信系统在实现通信的同时不暴露潜艇本身的能力。将概率作为潜艇隐蔽通信能力可能性的度量，即通过计算实现通信且不暴露潜艇的概率来评估潜艇通信系统的隐蔽通信能力，则概率值越大，潜艇隐蔽通信能力越强。

其中，P(A)为潜艇通信成功的概率，P(B)为潜艇无暴露的概率。

综上，若能计算通信成功和潜艇无暴露事件的发生概率，则可度量出潜艇的隐蔽通信能力，尤其可以对不同通信系统的隐蔽通信能力进行比较。对于通信成功和潜艇无暴露的发生，需满足一系列指标，这些指标既是系统或装备的性能指标，又是潜艇隐蔽通信能力的评估指标。

3.2 评估指标体系建立

如图2所示，构建潜艇隐蔽通信能力评估指标体系，此指标体系给出了利用概率方法计算隐蔽通信能力的具体概率指标，同时，给出了影响概率指标对应的具体内容，可为提高潜艇隐蔽通信能力提供参考。

除以上所列指标外，艇本体通信和艇离体通信也是一项重要指标，直接涉及暴露在海面的通信装置与潜艇本身的工作深度，进而影响RCS暴露概率和光电暴露概率。

图2 潜艇隐蔽通信能力评估指标体系

4 提高潜艇隐蔽通信能力

通过分析可知，探测潜艇的手段很多，影响因素也更加多样化，本文只考虑在通信过程中涉及的暴露因素。潜艇隐蔽通信可能暴露的因素有很多，不同的暴露情况涉及的影响因素也大不相同。减小通信过程中所涉及的暴露因素对潜艇隐蔽性的影响，是提高潜艇隐蔽通信能力的关键。

4.1 减小发射天线的辐射噪声

减小发射天线的辐射噪声，首先了解发射天线在工作过程中辐射的噪声均为机械噪声，噪声的大小跟天线的发射装置紧密相关，同时，噪声还跟潜艇的实际工作的状态，如航速、航向有很大关系。

对于不同种类的天线，辐射噪声的大小也不一样，但均可以通过改进发射装置、使用发射新技术进行降噪。另外，研究潜艇在不同的航速航向下，天线的辐射噪声变化规律，可在不影响潜艇正常执行任务的前提下，在战术上通过控制相应的航速、航向，减小发射、升降天线的辐射噪声［6］。

4.2 降低天线红外辐射强度以及RCS

降低天线的红外辐射强度主要考虑天线发射端的功耗。因此，在保证通信达成的前提下，尽量减小发射天线的发射功率，可降低天线的红外辐射强度。

由前面的分析可知，艇外通信和艇体通信对于RCS大小以及光电暴露有直接的影响。因此，可以通过选择艇外通信降低天线的RCS。另外，降低天线的RCS主要考虑天线的外形、尺寸、材料等因素。发信时露出水面的部分，其反射雷达波的情况是需要重点考虑的对象［7，11］。

4.3 减少电磁信号的暴露

减少电磁信号的暴露，主要考虑减小信号空中驻留时长、降低信号功率以及减少有利的先验知识等因素。

减小信号的空中驻留时间，可以从战术和技术两方面来考虑。战术上，主要通过少发信、发短信来缩短通信时间，并且潜艇通信完毕后要立即下潜到安全深度。技术上，主要通过猝发通信技术缩短时间，研究相应的猝发通信体制，降低信号空间的驻留时间。

降低信号的功率，一方面在战术上可以在保证通信能达成的情况下，减小信号的发射功率；另一方面技术上可以通过降低功率谱密度，提高信号抗截获的能力。降低功率谱密度，可以通过扩频技术，展宽信号的频谱，使信号的功率分布在更宽的频带内，从而降低信号的功率谱密度［3～4］。

减少对侦察提供有利的先验知识，就要求潜艇通信不能一直进行有规律的通信，需及时更换通信频率。另外，在战术上区分平时用和战时用的通信体制，降低战时被侦察的风险。

5 结语

潜艇隐蔽通信过程中的各种暴露不容忽视。文章在分析相关探测手段及原理的基础上，分析了通信过程中的具体暴露指标。基于选取的概率评估方法，建立了由潜艇无暴露概率以及通信成功概率组成的评估指标体系，并重点建立了潜艇无暴露概率的相关指标。基于指标体系，提出通过降低相关指标来提高潜艇隐蔽通信能力的对策建议。