水下的无线通信方式有哪些？

海洋覆盖着地球三分之二的表面积，它是人类探索和研究的最前沿的领域之一。海洋不仅在国际商业和渔业中扮演重要的角色，而且还包含了有关气候的信息，以及大量急待开发的资源。水下无线通信是研制海洋观测系统的关键技术，借助海洋观测系统，可以采集有关海洋学的数据，监测环境污染，气候变化海底异常地震火山活动，探查海底目标，以及远距离图像传输。水下无线通信在军事中也起到至关重要的作用，而且水下无线通信也是水下传感器网络的关键技术。水下无线通信主要有：声波通信、电磁波通信、光学通信。它们具有不同的特性及应用场合。

一．声波通信

水声通信是目前最成熟的技术。声波是水中信息的主要载体，己广泛应用于水下通信、传感、探测、导航、定位等领域。声波属于机械波（纵波），在水下传输的信号衰减小（其衰减率为电磁波的千分之一），传输距离远，使用范围可从几百米延伸至几十公里，适用于温度稳定的深水通信利用声波在水中传播的特性进行通信。水声通信的工作原理是将语音、文字或图像等信息转换成电信号，再由编码器进行数字化处理，然后通过水声换能器将数字化电信号转换为声信号。声信号通过海水介质传输，将携带的信息传递到接收端的水声换能器，换能器再将声信号转换为电信号，解码器再将数字信息解译后，还原出声音、文字及图片信息。

水声通信系统的性能受复杂的水声信道的影响较大。水声信道是由海洋及其边界构成的一个非常复杂的介质空间，它具有内部结构和独特的上下表面，能对声波产生许多不同的影响。

二．电磁波通信

水下无线电磁波通信是指用水作为传输介质，把不同频率的电磁波作为载波传输数据、语言、文字、图像、指令等信息的通信技术。电磁波是横波，在有电阻的导体中的穿透深度与其频率直接相关，频率越高，衰减越大，穿透深度越小；频率越低，衰减相对越小，穿透深度越大。海水是良性的导体，趋肤效应较强，电磁波在海水中传输时会造成严重的影响，原本在陆地上传输良好的短波、中波、微波等无线电磁波在水下由于衰减得厉害，几乎无法传播。目前，各国发展的水下无线电磁波通信主要使用甚低频、超低频和极低频三个低频波段以及无线射频通信。低频波段的电磁波从发射端到接收的海区之间的传播路径处于大气层中，衰减较小，可靠性高，受昼夜、季节、气候条件影响也较小。从大气层进入海面再到海面以下一定深度接收点的过程中，电磁波的场强将急剧下降，衰减较大。

三．光学通信

水下激光通信技术利用激光载波传输信息。由于波长450nm～530nm的蓝绿激光在水下的衰减较其他光波段小得多，因此蓝绿激光作为窗口波段应用于水下通信。蓝绿激光通信的优势是拥有几种方式中最高传输速率。在超近距离下，其速率可到达100Mbps。蓝绿激光通信方向性好，接收天线较小。蓝绿激光水下通信具有海水穿透能力强、数据传输速率快、方向性好、设备轻巧且抗截获和抗核辐射影响能力好等优点。蓝绿激光应用于浅水近距离通信存在固有难点：

（1）散射影响。水中悬浮颗粒及浮游生物会对光产生明显的散射作用，对于浑浊的浅水近距离传输，水下粒子造成的散射比空气中要强三个数量级，透过率明显降低。

（2）光信号在水中的吸收效应严重。包括水媒质的吸收、溶解物的吸收及悬浮物的吸收等。

（3）背景辐射的干扰。在接收信号的同时，来自水面外的强烈自然光，以及水下生物的辐射光也会对接收信噪比形成干扰。

（4）高精度瞄准与实时跟踪困难。浅水区域活动繁多，移动的收发通信单元，在水下保持实时对准十分困难。并且由于激光只能进行视距通信，两个通信点间随机的遮挡都会影响通信性能。

目前，蓝绿激光通信领域，武汉六博光电可以做到水深7000米，100米的通信距离，并且速率可达100Mbps。

水下水声通信、电磁波通信和水下光通信，它们具有不同的特性及应用场合。由于声波在水中的衰减最小，水声通信适用于中长距离的水下无线通信。在目前及将来的一段时间内，水声通信是水下传感器网络当中主要的水下无线通信方式。但是水声通信技术的数据传输率较低，因此通过克服多径效应等不利因素的手段，达到提高带宽利用效率的目的将是未来水声通信技术的发展方向。虽然电磁波在水中的衰减较大，但受水质条件影响甚微，使得水下电磁波通信相当稳定。水下电磁波通信的发展趋势为：既要提高发射天线辐射效率，又要增加发射天线的等效带宽，使之在增加辐射场强的同时提高传输速率；应用微弱信号放大和检测技术抑制和处理内部和外部的噪声干扰，优选调制解调技术和编译码技术来提高接收机的灵敏度和可靠性。水下光通信具有数据传输率高的优点，但是水下光通信受环境的影响较大克服环境的影响是将来水下光通信技术的发展方向。

目前，各国正在努力突破水声传输的瓶颈，虽然在实验层面上已经取得了一些进展，但其实用性和可靠性仍需进一步实践验证。因此，我们需要客观分析和审视这些进展。