超低頻

超低頻無線電信號是無線電頻譜中的30～300Hz頻譜段，它被廣泛地應用於軍民諸多方面。民用主要應用於醫學治療、工程探測、大地物理勘探、地震研究等方面;軍事主要應用於水下兵器的遙控、水下通信等方面。諸多應用中，以潛艇水下通信的應用最為突出，它能夠解決岸上指揮所與海上潛艇進行遠距離、大深度通信的難題。超低頻對潛艇通信系統龐大複雜、技術含量高，世界上只有美國、俄羅斯等幾個發達國家掌握了超低頻對潛通信技術。

一般由變電所配送到居家的交流電頻率多在此範圍內，即50Hz～60Hz間。在無線電通訊的收發上，美國的Saguine系統使用76Hz，俄羅斯的ZEVS系統使用82Hz，都屬於超低頻，不過也經常被人誤以為是極低頻（ELF，Extremely Low Frequency）。這兩種低頻無線電通訊都是用在與水中的潛艦溝通之用。有傳言表示德國柏林泰波霍夫機場（Tempelhof）也將有一個名為“泰迪熊”（teddybear）的超低頻發送器，但此傳言未獲得證實 ^[1]  。

頻率範圍： 30-300Hz

波段名稱： 超長波

波長範圍：10-1兆米

超低頻信號傳播距離可遠至數千甚至數萬公里，海水穿透力可深達百米，信號傳播穩定可靠，其優勢其他通信頻段信號無可比擬，是對潛實施大深度水下通信的唯一有效手段。利用超低頻信號幾乎可以做到全天候、全空間、全時段的對潛艇實施可靠通信，具有十分突出的隱蔽通信能力 ^[2]  。

超低頻通信系統天線效率很低，遠在幾千公里以外的水下潛艇接收到的信號非常微弱，這個信號還必須與頻段內的電磁噪聲和潛艇機動引起的噪聲進行競爭，所以超低頻收信機接收的信號信噪比非常低。現有的一些通信技術已不能滿足超低頻對潛通信的可靠性要求，必須在以下的主要關鍵技術上尋找突破。

1.發射天線設計技術

美國在超低頻通信研究的初期，曾考慮利用現有的甚低頻天線輻射超低頻信號。通過估算和試驗發現，天線輸入為兆瓦級的功率，其輻射功率只有幾十毫瓦，無法滿足超低頻通信要求。之後，美國對多種天線設計方案進行了研究和探索，只有中間饋電兩端接地的接地天線達到了實用價值。

2.大功率合成技術

由於超低頻天線輻射效率十分低下，要求發射機能提供兆瓦級的功率。為了提高發射機電源使用效率，上世紀七、八十年代開始研究利用大功率開關管進行信號“放大”技術。俄羅斯利用晶閘管的開關作用實現了大功率“放大”。開關管“放大”的基本思路是:它從輸入信號的波形採集有關信息（如相位），利用這些信息去分別控制各功率開關，輸出幅度相同且含有特定相位的矩形脈衝，把這些相位按特定要求的矩形脈衝有序地疊加起來，經濾波而得到與輸入波形相似、但功率非常大的輸出。主要難題是開關速度高、功率大的開關管的製造技術需要突破，另外，開關管的安全防護、波形合成技術需要進一步完善。

3.通信抗干擾技術

一方面由於超低頻頻率低，絕對頻帶窄，可用的頻率資源有限，工作頻率實際上是公開的，為敵方實施干擾創造了更多的機會；另一方面，潛艇接收超低頻信號時環境惡劣，接收信號的信噪比非常低下；這些都使通信的可靠性遭受到了致命的傷害。為了提高通信的可靠性，除了增大發射功率外，還要選取適當的調製解調和糾錯編碼譯碼方式，在有限的帶寬裏使用擴頻技術，從軟件和硬件上對信號進行處理等措施。另外，在低噪聲放大技術、脈衝干擾削波技術、工頻（50Hz或60Hz交流）干擾抑制技術、海洋和大氣噪聲抑制技術、潛艇自噪聲抑制技術方等面需要進一步的研究。

4.提高通信速率技術

超低頻通信的信息速率由於受到發信天線帶寬的限制十分低，再使用糾錯編碼、擴頻通信等抗干擾技術後信息速率會變得更低，通信可靠性的提高是以犧牲信息速率為代價的，如美國早期的超低頻對潛艇通信系統信息速率的建議值是0.01bps，即發送一個字符需要五至十分鐘的時間，如此低的信息速率難以滿足通信實時性要求。

既要使通信可靠性提高，又要使通信速率不至於下降太低，需要解決和攻克的主要技術有兩個:一是在提高天線輻射效率的同時需提高天線帶寬的天線設計技術;二是提高信源和信道編碼效率的技術 ^[1]  。

美國和俄羅斯的超低頻對潛通信作戰使用的思路略有差別，但是總的思路是一致的。主要方式是以超低頻對潛通信手段為紐帶，綜合運用甚低頻、短波等通信手段對潛通信。因為超低頻通信信息速率極低，所以每次通信所傳輸的信息量很少。為了滿足對潛指揮控制和信息保障的需求，超低頻對潛通信使用方式通常採用以下兩種。

1.單獨使用超低頻手段發送簡單的“指令代碼”實施對潛通信

超低頻對潛通信因發射系統帶寬的限制，信息傳輸速率很低。為了提高通信的實時性，潛艇出航前，指揮機關應預先為潛艇制定好各類方案、打擊目標以及常用的簡單指令代碼。潛艇無特殊情況不主動上浮，在水下安全深度通過超低頻對潛通信手段接收岸基指揮部門的“指令代碼”接受指揮。在實時性要求不高或無需大量傳輸信息的情況下，可以考慮使用該種通信方式，以提高潛艇的隱蔽性。

2.超低頻通信手段組合使用其它通信手段實施對潛通信

超低頻對潛通信雖然隱蔽性好，但信息傳輸速率太低，即使傳輸較短的幾個字符報文也需要幾分鐘到十幾分鐘的時間，通信實時性差，而且潛艇收信時對潛艇的航速、航向和潛航深度都有嚴格的要求，對潛艇機動性能會產生不利影響;甚低頻、短波等其它通信手段信息傳輸速率高，可傳輸大量信息，實時性好，但隱蔽性差。使用單一的通信手段實施對潛通信，潛艇的隱蔽性和通信的實時性矛盾難以得到解決。只有將超低頻通信手段和其它通信手段有機結合，對潛艇進行組合通信，才可以在一定程度上緩解潛艇隱蔽性和通信實時性矛盾。

超低頻無線電信號通信距離遠，信號穩定，穿透海水能力強，是實現遠距離、大深度對潛通信最為成熟有效、隱蔽可靠的的手段。但是，超低頻對潛通信存在技術要求高，信息傳輸速率低，信息量小，通信時效性差的缺點。單獨使用超低頻對潛通信手段難以達成對潛通信時效性和隱蔽性統一，必須將其和其它對潛通信手段有機結合，取長補短，才能充分發揮其技術優勢，進一步提高遠距離、大深度對潛通信能力。為滿足信息化條件下潛艇通信的作戰要求，應重點對提高天線效率、通信可靠性、信息速率等超低頻對潛艇通信的關鍵技術進行探索、突破與創新，以達成對潛通信時效性和隱蔽性的高度統一 ^[3]  。