潛艇應急救生通信現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

孫衛(wèi)華，費 禮，葉發(fā)新

(中國船舶重工集團公司 第七二二研究所，湖北 武漢 430205)

潛艇應急救生通信現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

孫衛(wèi)華，費 禮，葉發(fā)新

(中國船舶重工集團公司 第七二二研究所，湖北 武漢 430205)

潛艇在水下航行時，由于海底和潛艇自身錯綜復雜的情況，一旦遇到突發(fā)險情，往往遭到嚴重破壞，直接威脅艇上人員生命安全。為高效開展對潛應急救援，需要潛艇配備強有力的應急救生通信手段作為保障。首先分析現(xiàn)有潛艇應急救生通信手段和裝備現(xiàn)狀，目前潛艇主要依靠應急救生浮標實現(xiàn)對外遇險報警通信，依靠聲力電話實現(xiàn)內部應急救生通信。然后通過分析現(xiàn)有手段的不足，結合潛艇遇險救生通信需求，提出潛艇應急救生通信設備未來發(fā)展趨勢。

潛艇；應急通信；遇險救生；浮標

0 引 言

潛艇是現(xiàn)代海戰(zhàn)中必不可少的一支戰(zhàn)斗力量，具備極強的隱蔽性和攻擊性，能隱蔽于海面以下幾百米深處，一旦收到命令即可向敵方發(fā)動突然襲擊。但海底復雜多變的情況也給潛艇安全造成多種威脅；設備老化或操作失誤又使?jié)撏ё陨砭哂幸欢ǖ陌踩[患。潛艇一旦遇到突發(fā)險情，往往會受到嚴重破壞，帶來的危害巨大，需要緊急開展對潛救援?？梢哉f，從潛艇誕生之初開始，潛艇遇險和對潛救援就一直伴隨著潛艇的發(fā)展[1]。

高效的對潛救援需要強有力的應急通信手段作為保障，以便快速定位遇險潛艇以及與艇上人員取得聯(lián)系。目前，潛艇一般具備甚/超低頻收信、短波/超短波通信、衛(wèi)星通信等通信手段，近年來其功能和性能都有了長足進步[2–3]。但潛艇遇險時，相應的通信設備可能損壞，而且艇上正常電力供應可能中斷，導致無法進行正常通信。特別是，潛艇水下遇險而又無法上浮時，由于海水的阻隔，高頻無線信號無法發(fā)射出去，而甚/超低頻設備僅能單向接受岸基信號，無法發(fā)射求救信息。因此，潛艇裝備應急救生通信設備就顯得尤為必要。目前，相較于潛艇正常通信手段，潛艇應急救生通信手段發(fā)展相對滯后，應急救生通信保障能力相對薄弱，亟需發(fā)展和加強。

1 潛艇應急救生通信現(xiàn)狀

潛艇應急救生通信分為對外和對內 2 部分：對外部分主要是完成遇險報警通信以及與救援人員的現(xiàn)場協(xié)調通信；對內部分主要是實現(xiàn)艇內人員應急情況下的信息互通[4]。

1.1 潛艇對外應急救生通信現(xiàn)狀

考慮到海水對無線電波的阻隔，根據(jù)潛艇遇險情況和通信需求的不同，潛艇對外應急救生通信主要通過 3 種手段實現(xiàn)：浮標通信、水聲通信和便攜式救生電臺[4–5]。其中，浮標通信和水聲通信主要在潛艇水下遇險時使用，便攜式救生電臺可在潛艇水面遇險時或艇員離艇時使用。

1.1.1 浮標通信

潛艇通常于首尾位置裝備應急救生浮標，遇險后由艇員操作釋放。應急救生浮標由浮標體和相應報警通信設備組成，浮標可帶有電纜與潛艇相連，也可采用無纜形式。浮標體浮力較大且能耐較大水壓，出水后浮標體內設備對外進行報警通信。根據(jù)應急救生浮標實現(xiàn)的功能不同，主要有無線電信標和應急通信浮標 2 種。

1）無線電信標

無線電信標與救援力量的導航、定位、雷達系統(tǒng)配合構成尋位系統(tǒng)，實現(xiàn)對遇險潛艇的快速定位，通常僅具有報警和定位功能，并無雙向通信能力。浮標采用被動和主動 2 種方式報警示位。被動方式通常結合雷達系統(tǒng)實現(xiàn)，浮標內設備對雷達掃描信號進行應答，從而使救援艦船或飛機發(fā)現(xiàn)和定位遇險潛艇。當浮標與潛艇有纜連接時，雷達掃描信號還可傳遞至潛艇艙內終端，告知艇內人員等待救援。主動方式則通常結合衛(wèi)星定位和通信網絡實現(xiàn)，圖 1 給出了一款主動式無線電信標 1 潛艇應急無線電示位標（Submarine Emergency Position Indicating Radio Beacon，SEPIRB）。該浮標采用無纜形式，浮標出水后通過全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)（COSPAS－SARSAT）報警，報警消息包括其發(fā)射時間、標號和初始位置；報警消息發(fā)出 6 h 后，作為衛(wèi)星報警的后備方法，浮標于 121.5 MHz 上發(fā)送報警信標，附近艦船或飛機可根據(jù)信標對其定位[6]。

圖 1 潛艇應急無線電示位標Fig. 1 Submarine emergency position indicating radio beacon

2）應急通信浮標

應急通信浮標不但具有報警定位功能，還具有雙向通信功能。為了實現(xiàn)雙向通信功能，該種浮標一般采用有纜形式，即潛艇與浮標間通過電纜連接。救生通信設備由潛艇艙內終端設備和浮標內設備組成。艙內終端是人機接口，艇員通過人機界面完成報警和船名代碼的輸入、遇險經緯度和時間的輸入、報警呼叫的編碼、頻率更換以及對浮標內設備的收發(fā)控制等。浮標內設備主要是接收艙內信息處理單元的指令，完成信息收發(fā)。目前，浮標內通常裝備超短波救生電臺，通過發(fā)送數(shù)字選擇性呼叫實現(xiàn)對外報警，通過多個頻點上的話音通信實現(xiàn)與救援艦船和飛機的通信，還可裝備有線電話實現(xiàn)與艇外救援人員的通信。

另外，應急救生浮標還可具備燈光閃爍報警、兼容艇體供電、自備電池供電和向潛艇提供反向供電線路等功能。但需注意的是，艇體供電和提供反向供電線路需要浮標采用有纜形式。目前，英國、俄國的潛艇應急救生浮標普遍采用有纜形式，而美國、德國、荷蘭等國則主要采用無纜浮標。

1.1.2 水聲通信

除了應急救生浮標，世界各國也普遍利用水聲通信手段實現(xiàn)水下遇險潛艇應急救生通信。美國在水聲通信應用方面處于前列，研制裝備有水聲電話、緊急水聲電話和緊急聲吶信標（見表 1）。但水聲通信設備受海況、水文等條件制約，通信距離有限、傳輸速率較低。

1.1.3 便攜式救生電臺

表 1 美國潛艇應急救生水聲通信設備Tab. 1 Underwater acoustic communication equipments of U.S. submarine for emergency situation

便攜式救生電臺可由艇員攜帶，在潛艇處于水面狀態(tài)時使用，實現(xiàn)對外報警通信，同時也可在潛艇狀態(tài)不適宜艇員繼續(xù)滯留的情況時，由艇員攜帶離艇使用。考慮到便攜式救生電臺的使用特點，對其做了水密和儲存浮力處理，使其可漂浮于水面工作。目前，便攜式救生電臺上一般搭載短波、超短波應急通信設備，可實現(xiàn)對周邊區(qū)域的數(shù)字選擇性呼叫報警和多個頻點上的話音通信。

1.2 潛艇內部應急救生通信現(xiàn)狀

與對外應急救生通信相比，潛艇內部應急救生通信相對簡單。目前，世界各國潛艇基本裝配了網絡化綜合內部通信系統(tǒng)，實現(xiàn)日常艇內通信功能。當潛艇遇險時，若艇內供電和網絡正常，可利用綜合內部通信系統(tǒng)實現(xiàn)應急情況下的艇內聯(lián)絡互通。當險情導致艇內供電或網絡故障時，潛艇上裝配有聲力電話，在無需供電的情況下，依靠話音聲力傳遞信息，且與綜合內部通信系統(tǒng)相隔離，保證艇內主要部位間的應急救生通信[4]。

2 目前潛艇應急救生通信能力的不足

目前，潛艇應急救生通信設備已可滿足一定條件下的潛艇遇險救生通信需求，但是面對海上和潛艇自身錯綜復雜的情況，以及潛艇未來的發(fā)展趨勢，還存在著較大的能力不足。主要表現(xiàn)在：潛艇應急救生浮標主要依靠艇員操作釋放，智能化程度不高；現(xiàn)有潛艇對外應急救生通信設備不能適應潛艇未來遠海大潛深航行工作情況；內部應急救生通信設備覆蓋范圍明顯不足；艇員個人的報警通信能力較低。

2.1 潛艇應急救生浮標智能化程度不高

目前的應急救生浮標中，不論是有纜浮標還是無纜浮標，在釋放時均需艇員人工操作，智能化程度較低。特別是有纜浮標，由于艇上安裝空間的限制，目前安裝于艇首尾位置，其操作控制終端一般安置于浮標安裝位置的垂直艙內下方。當潛艇遇險需釋放浮標時，艇員需快速機動至相應位置，操作終端，釋放和控制浮標，并完成報警通信等操作。如果艇員因受傷、艙室受損等原因無法到達相應位置釋放操作浮標，將會導致應急救生浮標不能正常釋放，從而無法實現(xiàn)對外應急報警通信。即使經過努力，艇員到達了相應位置，順利釋放了應急救生浮標，也會因浮標未及時釋放和對外報警通信，喪失寶貴的救援時間，導致較大人員傷亡。

2.2 遠海大潛深應急救生通信能力有限

由于作戰(zhàn)使用的需要，并隨著技術水平的提高，潛艇航程和潛深將不斷加大。這也就意味著潛艇遇險時所處的廣度和深度逐漸增大。然而，目前的潛艇對外應急救生通信設備無論是在結構形式還是在通信手段上均無法滿足遠海大潛深報警通信需求。

應急救生浮標根據(jù)當前潛艇航行深度設計，耐壓能力和浮力儲備都無法滿足大潛深要求。而且，有纜應急救生浮標受纜繩長度限制，釋放深度有限，且可能出現(xiàn)纜繩纏繞等故障阻礙浮標釋放。便攜式救生電臺僅針對水面使用設計，由艇員水下帶出后將會進水變形、無法使用。

目前不論是應急救生浮標、水聲通信設備還是便攜式救生電臺通信距離均有限。應急救生浮標普遍采用雷達掃描定位和超短波通信手段，作用范圍為視距；水聲通信設備受海況、水文等條件制約，通信距離有限；便攜式救生電臺受發(fā)射功率和信號頻段所限，也僅能實現(xiàn)近距離通信。國外的 SEPIRB 無纜浮標雖然使用衛(wèi)星通信手段，可覆蓋全球，但僅能實現(xiàn)報警和定位，無法支持雙向通信。

2.3 內部應急救生通信設備覆蓋范圍不足

目前的潛艇內部應急救生通信主要依靠聲力電話達成。但聲力電話門數(shù)有限，并且在艇上固定位置安裝，僅能保障艇內主要部位間的通信，與潛艇整體區(qū)域相比，覆蓋面較窄，存在較多死角，極不利于艇內人員相互聯(lián)系。當潛艇遇險時，艇上人員可能分布各艙室，且人員行動可能受阻。對于那些喪失行動能力或因艙室損壞而無法移動至聲力電話安置位置的艇員，將會產生信息孤島，無法與艇上其他人取得聯(lián)系，很有可能在救援過程中被遺漏，造成不必要的人員損傷。

2.4 離艇艇員個人報警通信能力低下

潛艇遇險后往往會出現(xiàn)不適宜艇員繼續(xù)駐留的情況（如發(fā)生核泄漏），因此艇員有時需要離艇自救。潛艇裝備的應急救生浮標等應急救生通信設備只能標示潛艇位置和實現(xiàn)潛艇與外界通信，無法跟蹤遇險潛艇離艇艇員的具體位置。目前裝備的便攜式救生電臺體積較大，艇員攜帶不便，且通常未做耐壓設計，艇員從水下離艇后無法正常使用。因此，離艇艇員的應急報警通信能力較低，無法快速高效地與岸基或救援人員取得聯(lián)系，極大地延誤救援時間。

3 未來發(fā)展趨勢

針對潛艇應急救生通信設備目前存在的不足，面向潛艇未來的發(fā)展方向，為了應對復雜多變的海上環(huán)境，提升潛艇遇險救生通信的保障效能，潛艇應急救生浮標需摒棄手動操作方式，朝著智能化的方向發(fā)展；對外應急救生通信設備需適應潛艇不斷增長的遠海大潛深航行需求；內部應急救生通信設備則將擴大覆蓋范圍，改變現(xiàn)有聲力電話門數(shù)有限的局面；同時為了提高對離艇艇員的救援效率，艇員個人的報警通信能力也需進一步提高。

3.1 潛艇應急救生浮標將更智能化

未來潛艇應急救生浮標將朝著智能化方向發(fā)展，在潛艇遇極端突發(fā)險情導致艇員喪失行動能力時，應急救生浮標依然能實現(xiàn)自動向外報警。這就要求艇上裝備相應設備進行信息收集、狀態(tài)感知、推理判斷和報警觸發(fā)。設備持續(xù)收集與潛艇安全和艇員生命體征相關的信息，構建專家知識庫，采用模糊數(shù)學、人工神經網絡等算法，通過一系列判斷推理發(fā)現(xiàn)險情后，自動觸發(fā)釋放應急救生浮標并使其向外報警通信。整個過程無需艇員干預操作，極大地提高了潛艇報警通信自動化和智能化程度，可有效保障對潛救援的開展。但同時也應注意到，設備自動感知判斷可能產生虛警，因此也需設置人工干預功能，在浮標自動釋放對外報警前向艇員給出提示并留有一定反應時間，若是虛警可通過人工干預取消，否則對外報警。

智能化應急救生浮標將極大地提高潛艇在極端險情下的對外報警通信能力，提升應急報警通信的時效性，實現(xiàn)無人操控自動報警，節(jié)省寶貴的救援時間。

3.2 遠海大潛深報警通信能力將進一步提高

未來潛艇將能在水下數(shù)百米深度全球航行、巡邏或執(zhí)行戰(zhàn)略威懾任務。為滿足潛艇遇險遠海報警通信需求，需大力發(fā)展衛(wèi)星通信手段并將其應用于對外應急救生通信設備[5]。目前，歐美等國已運用全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)實現(xiàn)潛艇全球遇險報警，但雙向通信能力尚有欠缺。未來可綜合運用衛(wèi)星通信、超短波通信和水聲通信等手段，在應急救生浮標中配置相應通信設備，全方位保障潛艇遠程遇險報警通信。

在應對大潛深應急報警通信需求方面，需要改進應急救生浮標材料和結構，增大浮標耐壓能力和浮力，并綜合運用有纜和無纜 2 種形式。潛艇遇險深度較淺時，使用有纜浮標實現(xiàn)雙向通信和反向供電；遇險深度較大時，釋放無纜浮標實現(xiàn)單向報警。未來還可以考慮在無纜浮標中引入更加高效的雙向水聲通信（如：采用正交頻分復用技術或多換能器時空陣列技術[7–8]）和衛(wèi)星通信手段，利用“水聲 + 衛(wèi)星”的方式實現(xiàn)應急雙向通信。

3.3 內部應急救生通信設備將提高覆蓋程度

為了營救每一名艇員，需要艇上各處能相互通信，因此潛艇內部應急救生通信系統(tǒng)應能覆蓋艇上每個角落，以使艇上任何一處的艇員在遇險情況下均能相互通信。

未來潛艇內部應急救生通信可綜合運用聲通信和無線通信技術，實現(xiàn)艇內應急通信的全覆蓋。在艙室隔斷鋼板上安置聲通信設備，通過聲振動傳遞信號，實現(xiàn)相鄰艙室之間的應急通信[9]。艙室內可配置若干無線終端，采用無線通信技術與聲通信設備互聯(lián)，實現(xiàn)艙室內應急通信。聲通信設備也具備無線網關功能，通過無線和聲通信接力，實現(xiàn)跨艙室應急通信。

3.4 艇員離艇后報警通信能力將進一步提升

歐美等國已注意到提升離艇艇員應急報警通信能力的迫切性，研發(fā)有潛艇艇員出艇定位裝置。潛艇遇險后，脫險人員在逃離潛艇時攜帶該裝置，到達水面后，該裝置通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)將位置信息轉發(fā)至救援部隊。另外，針對多人集體離艇脫險的情況，可研制漂浮救生艙并搭載相應通信設備。離艇艇員乘坐漂浮救生艙浮出水面后，使用其搭載的通信設備對外報警通信，等待救援。

4 結 語

潛艇長期潛于水下會遇到各種突發(fā)險情。遇險后，為有效支撐應急救援的開展，需要強有力的應急救生通信保障。目前，潛艇裝備了多款應急救生通信設備，可滿足一定條件下的對外對內應急救生報警通信需要。但是，面對海上和潛艇自身錯綜復雜的情況以及未來需求，目前的潛艇應急救生通信設備還存在較多不足之處，仍需進一步發(fā)展，未來主要將向著智能化、適應遠海大潛深報警通信、提升艇內應急通信覆蓋程度和提高離艇艇員個人報警通信能力的方向發(fā)展。

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Current situation and development trend of emergency communication for rescuing submarine in danger

SUN Wei-hua, FEI Li, YE Fa-xin
(The 722 Research Institute of CSIC, Wuhan 430205, China)

As submarine usually navigates under water and there are complex situations under the sea and with the submarine itself, the submarine will be destroyed dramatically and the life of crew is threatened once it encounters danger. The powerful emergency communication is necessary to ensure the rescue of the submarine in danger being efficiently conducted. In this paper, the current emergency communication methods and equipments for rescuing submarine in danger are first analyzed. It is found that emergency buoy is adopted primarily to alarm and communicate externally and sound powered telephone is the main internal emergency communication equipment. Then, through analyzing the shortages of the current methods and the communication requirements of the submarine in danger, the future development trends of the submarine emergency communication are proposed.

submarine；emergency communication；rescue of submarine in danger；buoy

U674.761

A

1672–7619(2016)12–0016–04

10.3404/j.issn.1672–7619.2016.12.003

2016–04–15；

2016–06–28

孫衛(wèi)華(1979–)，男，高級工程師，主要研究方向為艦船通信系統(tǒng)及無線通信技術。