中國科研團(tuán)隊在水下通信領(lǐng)域取得重大突破，成功在600公里（約375英里）的海洋距離上實(shí)現(xiàn)無差錯聲學(xué)數(shù)據(jù)傳輸。這項由西北工業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊研發(fā)的自適應(yīng)系統(tǒng)，能夠在復(fù)雜水下環(huán)境中識別信號集群，且無需預(yù)知海底地形信息。相關(guān)成果已刊發(fā)于《聲學(xué)學(xué)報》，標(biāo)志著遠(yuǎn)程水下通信邁向?qū)嵱没闹匾徊剑摷夹g(shù)對民用和軍事領(lǐng)域均具有深遠(yuǎn)影響。
遠(yuǎn)距傳輸挑戰(zhàn)技術(shù)極限
2010年美國海軍實(shí)驗曾實(shí)現(xiàn)342英里水下通信，而鯨類低頻歌聲傳播距離更可超過5000英里。中國最新成果的通信距離約等于臺北至沖繩美軍基地的跨度。但實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離零誤碼傳輸始終是重大挑戰(zhàn) —— 對軍事用戶而言，即便輕微數(shù)據(jù)失真也可能導(dǎo)致激活休眠潛航器或協(xié)同精確打擊等關(guān)鍵任務(wù)失敗。
復(fù)雜水聲環(huán)境帶來多重障礙：海水散射導(dǎo)致聲波混響、多普勒效應(yīng)扭曲移動信號、環(huán)境噪聲淹沒微弱傳輸。西北工業(yè)大學(xué)何成兵教授團(tuán)隊研發(fā)的自適應(yīng)系統(tǒng)，可在未知海底地形條件下識別噪聲中的信號集群，這項優(yōu)勢對海軍應(yīng)用尤為重要。團(tuán)隊還創(chuàng)新性地通過數(shù)學(xué)變換，將湍流時變信道轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)靜態(tài)"聲學(xué)快照"，實(shí)現(xiàn)類似多重曝光修復(fù)模糊照片的迭代糾錯。
深海測試驗證技術(shù)突破
2021年在平均水深5.5公里（3.4英里）的某海域，科研團(tuán)隊分別完成326公里（202英里）和595公里（370英里）的零誤碼傳輸實(shí)驗。采用八元水聽器陣列與QPSK編碼信號，遠(yuǎn)程試驗中傳輸速率達(dá)每秒37.5比特。測試證實(shí)該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)跨大洋水聲通信零誤碼傳輸。
據(jù)論文披露，海試中使用的176分貝聲源工作于極低頻段，該頻段因衰減較小更適遠(yuǎn)距傳輸。作為中國"國防七子"之一，西北工業(yè)大學(xué)長期深耕水聲領(lǐng)域，自1950年代建立水聲工程專業(yè)以來，其畢業(yè)生為中國先進(jìn)戰(zhàn)艦和海洋監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)作出重要貢獻(xiàn)，也因此持續(xù)面臨美國制裁和網(wǎng)絡(luò)攻擊。
技術(shù)局限與未來挑戰(zhàn)
當(dāng)前系統(tǒng)對算力要求極高，單次傳輸需萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算，小型潛航器尚難實(shí)時應(yīng)用。此外，風(fēng)暴或突發(fā)機(jī)動導(dǎo)致的信道突變?nèi)詫煽啃詷?gòu)成挑戰(zhàn)。隨著計算技術(shù)發(fā)展，該突破性技術(shù)或?qū)㈤_啟水下物聯(lián)網(wǎng)新時代，為海洋環(huán)境監(jiān)測、資源勘探及國防安全帶來變革。
