CN111245524B - 一种水下预置通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种水下预置通信系统，用于实现紧急状态时的自主通信保障。水下预置通信系统包括快速布放激活子系统和海底预置通信子系统，快速布放激活子系统包括激活浮标；海底预置通信子系统，包括在任务区域海底布放的若干个海底预置浮标、海底预置光缆和海底预置潜标，其中：激活浮标，用于在紧急状态时通过水声通信模块向海底预置浮标和海底预置潜标发送激活信号；海底预置浮标，用于在接收到所述激活信号之后，从待机状态切换到工作状态，并上浮至水面，通过短波通信模块与水面通信设备之间建立短波通信连接；海底预置潜标，用于在接收到所述激活信号之后，从待机状态切换到工作状态，通过水声通信机与水下通信设备之间建立水声通信连接。

Description

一种水下预置通信系统

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种水下预置通信系统。

背景技术

水下预置系统作为一种新型的水下攻防武器装备，将无人机、导弹和鱼雷等作战预先放置于大陆架、导链等敏感海域并进行长时间潜伏，激活后执行侦察、打击等任务。

POSYDON是一种深海导航定位系统，其是类似GPS(全球定位系统)星座的无源导航定位系统，由固定部署在海底的大量水声传感器组成。该系统可以使潜艇或水下航行器等作战平台摆脱对对GPS导航系统的依赖，无需上浮即可具备高精度定位和导航能力。

但是，海上数据通信过于依赖卫星系统，严重缺乏紧急状态时的自主通信保障，水下预置系统激活后主要用于火力打击和监测，或者仅采用预置固定的水下传感器单独实现水下定位导航而不具备水下水面全域的通信能力，不能应用于紧急状态时的自主通信保障。

发明内容

本发明实施例提供一种水下预置通信系统，用于实现紧急状态时的自主通信保障。

本发明实施例提供一种水下预置通信系统，包括快速布放激活子系统和海底预置通信子系统，其中，所述快速布放激活子系统包括激活浮标，所述激活浮标搭载有短波通信模块、水声通信模块、信号处理模块和混合能源模块；所述海底预置通信子系统，包括在任务区域海底布放的若干个海底预置浮标、海底预置光缆和海底预置潜标，所述海底预置浮标搭载有水声通信机和短波通信模块，所述海底预置潜标搭载有水声通信机，各海底预置浮标之间通过海底预置光缆在任务区域内依次连接组成封闭结构，其中：

所述激活浮标，用于在紧急状态时通过所述水声通信模块向所述海底预置浮标和所述海底预置潜标发送激活信号，所述激活信号用于唤醒所述海底预置浮标和所述海底预置潜标；

所述海底预置浮标，用于在接收到所述激活信号之后，从待机状态切换到工作状态，并上浮至水面，通过所述短波通信模块与水面通信设备之间建立短波通信连接；

所述海底预置潜标，用于在接收到所述激活信号之后，从待机状态切换到工作状态，通过所述水声通信机与水下通信设备之间建立水声通信连接。

在一种实施方式中，所述激活浮标，用于在紧急状态时通过所述水声通信模块向所述海底预置浮标和所述海底预置潜标发送激活信号，所述激活信号用于唤醒所述海底预置浮标和所述海底预置潜标；

所述海底预置浮标，用于在接收到所述激活信号之后，从待机状态切换到工作状态，并上浮至水面，通过所述短波通信模块与水面通信设备、所述激活浮标以及其他海底预置浮标之间建立短波通信连接；以及通过所述水声通信机与水下通信设备和所述海底预置潜标之间建立水下光通信连接；

所述海底预置潜标，用于在接收到所述激活信号之后，从待机状态切换到工作状态，通过所述水声通信机与水下通信设备、所述激活浮标、所述海底预置浮标以及其他海底预置潜标之间建立水下光通信连接。

在一种实施方式中，所述激活浮标为在紧急状态时通过飞机、舰船或者民船投放到所述任务区域的。

在一种实施方式中，所述激活浮标包括主激活浮标和备用激活浮标。

在一种实施方式中，所述水面通信设备包括搭载有短波通信设备的舰船和舰艇，所述水下通信设备包括搭载有水声通信设备和/或水下光通信设备的潜艇。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明所述的水下预置通信系统中，通过激活浮标在紧急状态下向海底预置的浮标、潜标发送激活信号，唤醒海底预置浮标和潜标，海底预置浮标被激活后上浮水面，通过短波通信模块与水面通信设备等组建水面短波通信网络，海底预置潜标通过利用水声技术和水下光通信技术与水下通信设备等组建水声通信网络和水下光通信网络，从而形成了水声网络，光通信网络和水面短波通信网络相结合的分布式自组织通信网络，实现了紧急状态时的自主通信保障。

附图说明

图1为根据本发明实施例的水下预置通信系统结构示意图；

图2为根据本发明实施例的水下预置通信系统的组建示意图；

图3为根据本发明实施例的海底预置浮标和海底预置潜标激活示意图；

图4为根据本发明实施例的水下预置通信系统的应用场景示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

需要说明的是，本发明实施例中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

如图1所示，其为本发明实施例提供的水下预置通信系统的结构示意图，包括快速布放激活子系统和海底预置通信子系统，其中，所述快速布放激活子系统包括激活浮标，所述激活浮标搭载有短波通信模块、水声通信模块、信号处理模块和混合能源模块；所述海底预置通信子系统，包括在任务区域海底布放的若干个海底预置浮标、海底预置光缆和海底预置潜标，所述海底预置浮标搭载有水声通信机和短波通信模块，所述海底预置潜标搭载有水声通信机，各海底预置浮标之间通过海底预置光缆在任务区域内依次连接组成封闭结构，其中：

所述激活浮标，用于在紧急状态时通过所述水声通信模块向所述海底预置浮标和所述海底预置潜标发送激活信号，所述激活信号用于唤醒所述海底预置浮标和所述海底预置潜标；

所述海底预置浮标，用于在接收到所述激活信号之后，从待机状态切换到工作状态，并上浮至水面，通过所述短波通信模块与水面通信设备之间建立短波通信连接；

所述海底预置潜标，用于在接收到所述激活信号之后，从待机状态切换到工作状态，通过所述水声通信机与水下通信设备之间建立水声通信连接。

具体实施时，海底预置浮标之间可以通过海底预置光缆建立有线通信连接，以及通过水声通信机与海底预置潜标之间建立水声通信连接。

在一种实施方式中，海底预置浮标和海底预置潜标还可以搭载有水下光通信机，距离较近的海底预置浮标和海底预置潜标还可以通过水下光通信机建立水下光通信连接。

在一个实施例中，水面通信设备可以包括搭载有短波通信设备的舰船和舰艇，所述水下通信设备可以包括搭载有水声通信设备和/或水下光通信设备的潜艇。

具体实施时，快速布放激活子系统采用小型化、抗入睡中继和可持续自主供电设备，在紧急状态时可通过飞机、舰船、舰艇或者民船、货船等快速投放，实现海底预置通信子系统的唤醒与激活。

具体实施时，海底预置浮标，海底预置潜标和海底预置光缆均采用耐高压强密封结构设计。海底预置浮标采用高比能能源系统实现供给自持，其搭载有水声通信机、短波通信模块和光通信机，用于激活信号接收与光通信。具体实施时，每一海底预置浮标下方设置两个光缆连接口并连有浮标释放装置，海底预置光缆采用轻质高强韧材料，局部极强抗拉能力，两端与相邻的两个海底预置浮标相连，实现海底预置浮标间远距离水下高速通信功能。海底预置潜标搭载水声通信机实现激活信号接收与水声网络组网，采用高比能能源系统实现供给自持，具备静默潜伏状态与紧急状态时工作状态，具备超低功耗的静默待机能力。

如图2所示，其为本发明实施例提供的水下预置通信系统的组建示意图，具体地，可以根据实际需要规划任务区域，例如，任务区域可以规划为矩形，经过初步海底测算后，沿路设计路由铺设海底光缆1，海底光缆2，海底光缆3和海底光缆4，浮标1分别与两条光缆连接后坐底部署，具体实施时，海底预置光缆根据水深留有足有余量并与海底预置浮标和浮标系留绳等做防缠绕处理，依次完成其余各处光缆及浮标部署，根据潜标通信距离及组网设计于矩形区域内依次坐底布设各通信潜标，激活浮标可以在紧急状态时通过飞机、舰船、舰艇或者民船、货船等向任务区域海面快速投放，在一种实施方式中，激活浮标可以采用一主用激活浮标一备用激活浮标形式布放以提高系统可靠性。

在非紧急状态时，水下预置通信系统处于静默潜伏警戒状态，通过被动方式时刻准备接收激活信号；在紧急状态时，例如，在海域卫星通信中断的情况下，在确保周围环境安全的情况下，通过飞机、舰船或者民船等向任务区域海面快速投放激活浮标，激活浮标通过远距离水声通信对海底预置浮标和海底预置潜标进行激活，海底预置潜标被唤醒后通过水声通信技术与水下通信设备，例如搭载有水声通信机的潜艇等进行组网，海底预置浮标被唤醒后快速上浮至海面，通过短波通信模块与水面通信设备，例如搭载有短波通信模块的舰艇和舰船等进行短波通信组网，通过光通信机进行水下光纤通信组网，由此，可以快速组建水面短波通信网络、水声通信网络和水下光纤通信网络，另外，海底预置浮标节点还可以作为中继通信节点连接水声通信网络、水面短波通信网络和水下光纤通信网络，从而构建跨域通信网络，实现任务区域内数据和指令的传输与分发，并实现水下、水面以及空中所有平台之间的互联互通。如图3所示，其为根据本发明实施例的海底预置浮标和海底预置潜标激活示意图。

本发明实施例中，海底预置浮标和海底预置潜标携带水下通信载荷，例如，水声通信机和/或短波通信模块等，采用高比能能源系统实现供给自持，采用耐高压强密封结构设设计，可长期潜伏于海底，支持远程激活唤醒，唤醒后可执行任务。基于浮标的水声通信远程激活技术是支撑水下预置通信系统使用的必备技术之一，激活距离远，可靠性高。短波通信与空间分集接收技术相结合的短波通信广域协同传输技术，不依赖于易被摧毁的固定基础设施的通信手段，具有距离远、机动灵活、组网便捷等优点，基于浮标的水下光纤通信组网技术，实现卫星通信中断环境下水下光纤通信组网，实现远距离水下宽带有线光通信功能，基于潜标的水声通信组网技术，水声网络组网过程包括网络拓扑结构，多址接入、媒体接入及路由选择等环节。利用水面短波组网技术、水下水声通信组网技术、水下光纤通信技术以水面浮标节点作为中继通信节点搭建紧急状态时的通信网络，实现水上与水下的跨域通信。

为了更好地理解本发明，以下结合具体的实施例对本发明的实施过程进行说明。如图4所示，其为本发明实施例提供的水下预置通信系统的应用场景示意图。

随着人类海洋活动的日益频繁，各国对于海洋领土安全越来越重视，海洋也作为未来战争的主要战场之一，然而海洋十分辽阔，目前海面舰船的通信保障主要依靠卫星通信，假定现有卫星网络通信链路中断，相隔较远的战斗群间通信链路无法接通，针对紧急状态时卫星通信中断的场景，在水面投放一个快速布放浮标，然后通过该浮标唤醒水下预置海底通信系统工作，为该特定海域打造一个基于水面短波组网与水下水声通信组网的跨域通信网络，为整个海域作战部队提供通信保障。

1、紧急状态时卫星通信中断，我方通过战机或军舰，在水面建立快速布放2套激活浮标，浮标搭载短波通信电台和卫星通信终端，同时挂载水声通信设备；

2、激活浮标工作后，通过水声通信机远程唤醒水下预置浮标与预置潜标；

3、水下预置浮标被唤醒后，开始上浮直至水面，然后通过短波电台进行短波通信组网；

4、预置浮标上浮直至水面后，挂载的光通信机开始工作，通过水下预置光缆搭建水下光纤通信网络；

5、水下预置潜标被唤醒后，通过水声通信进行组网；

6、水下光纤通信网络、水下水声通信网与水上短波通信网通过浮标进行跨域通信，打通水上水下通信链路。

在关键海域提前预置水下浮标、潜标与光缆，一旦进入紧急状态卫星通信中断，打通跨域数据链路，为我方整个海域作战部队提供通信能力。

本发明实施例提供的水下预置通信系统，在紧急状态时卫星通信被中断的情况下，可以快速激活该系统，搭建一套紧急状态时自组织的通信网络，具备响应快速、网络激活及组件过程简单和快捷、隐蔽性高等特点。水下预置通信系统采用分布组网方式，固定平台与移动平台相结合，水声信道、光信道与短波信道相结合，有线通信与无线通信相结合，构建可靠的分布式水下预置通信网络，对抗性高，抗毁性强，借助系统的浮标、光缆、潜标等设备，可打破水中通信与空中通信的壁垒，实现水下通信网络与空中无线通信网络的连接，具备紧急状态时全域通信功能。

本发明实施例提供的水下预置通信系统，用于在空中卫星等远距离通信中断时，依靠激活海底预置的浮标、光缆和潜标等在任务区域的水下、水面形成稳定、高速的通信网络，为任务区域打造一个基于水面短波组网、水下光纤通信组网与说声通信组网的跨域通信网络，为整个任务区域提供通信保障。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (4)

1.一种水下预置通信系统，其特征在于，包括快速布放激活子系统和海底预置通信子系统，其中，所述快速布放激活子系统包括激活浮标，所述激活浮标搭载有短波通信模块、水声通信模块、信号处理模块和混合能源模块；所述海底预置通信子系统，包括在任务区域海底布放的若干个海底预置浮标、海底预置光缆和海底预置潜标，所述海底预置浮标搭载有水声通信机和短波通信模块，所述海底预置潜标搭载有水声通信机，各海底预置浮标之间通过海底预置光缆在任务区域内依次连接组成封闭结构，海底预置浮标之间通过海底预置光缆建立有线通信连接、海底预置浮标通过水声通信机与海底预置潜标之间建立水声通信连接以及海底预置浮标节点作为中继节点连接水声通信网络、水面短波通信网络和水下光纤通信网络，其中：

所述激活浮标，用于在紧急状态时通过所述水声通信模块向所述海底预置浮标和所述海底预置潜标发送激活信号，所述激活信号用于唤醒所述若干个海底预置浮标和所述海底预置潜标；

所述海底预置浮标，用于在接收到所述激活信号之后，从待机状态切换到工作状态，并上浮至水面，通过所述短波通信模块与水面通信设备之间建立短波通信连接；

所述海底预置潜标，用于在接收到所述激活信号之后，从待机状态切换到工作状态，通过所述水声通信机与水下通信设备之间建立水声通信连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激活浮标为在紧急状态时通过飞机或者舰船投放到所述任务区域的。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述激活浮标包括主激活浮标和备用激活浮标。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水面通信设备包括搭载有短波通信设备的舰船，所述水下通信设备包括搭载有水声通信设备和/或水下光通信设备的潜艇。

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