助理研究員/明磊

知遠(yuǎn)戰(zhàn)略與防務(wù)研究所

作為戰(zhàn)略通信系統(tǒng)的一部分，頻率處于低頻段、波長大于數(shù)十千米的長波通信頻帶一直備受各國重視，其在軍事防務(wù)和國家安全方面的作用及意義非常重要。

引 言

在頻率寬廣的電磁頻譜中，有頻率高達(dá)30~300GHz、波長在1毫米~1厘米的極高頻電磁波；也有頻率低達(dá)3~30Hz、波長在100000~10000千米的極低頻電磁波。實驗證明，電磁波在水中衰減非常顯著，頻率越高的電磁波在水中衰減越是顯著，因此在陸地上廣泛使用的電磁波通信系統(tǒng)在水下是無法實現(xiàn)的，而且由于海水的高鹽度和復(fù)雜的溫度、洋流分布特性，其電導(dǎo)率和介電常數(shù)與空氣的電導(dǎo)率和介電常數(shù)均有很大的差別，水的電導(dǎo)率越高，電磁波的衰減越大，因此電磁波在水中（尤其是海水中）的傳播特性與在空氣中的傳播特性有極大的差異。

由于上述這些特點，電磁波在海水中的傳播距離有限。一般來說，低頻（LF）長波可穿透水的深度是幾米，甚低頻（VLF）甚長波穿透水深是10~20米（具體深度和電磁波源的發(fā)射功率、距離遠(yuǎn)近和海水的鹽度、溫度等水文因素密切相關(guān)），極低頻（ELF）極長波穿透水深是100~200米（具體深度和電磁波源的發(fā)射功率、距離遠(yuǎn)近和海水的鹽度、溫度等水文因素密切相關(guān)）。

可是在通信效率方面，卻又剛好相反：頻率越高，通信效率越高；頻率越低，通信效率越低。而且要產(chǎn)生低頻、甚低頻和極低頻電磁波，又需要極大功率的基站和龐大的發(fā)射天線，這些都使其只能作為一種戰(zhàn)略通信手段，單向發(fā)送簡短的報文指令信息，無法在水下進(jìn)行通信組網(wǎng)。

然而上述劣勢并沒有抹殺低頻、甚低頻和極低頻電磁波在通信領(lǐng)域的價值，尤其是能夠長時間處于水下戰(zhàn)備巡航狀態(tài)的核動力潛艇的問世，讓低頻、甚低頻和極低頻電磁波在通信效率方面的劣勢被極大的弱化，而其在水下對潛通信方面的優(yōu)勢卻被極大的強化，因此，它更被稱為海軍的基石。

圖1甚低頻/極低頻/高頻/超高頻對潛通信示意圖（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

低頻和甚低頻長波電臺

低頻（LF）長波（30kHz ~ 300 kHz、波長在10 ~ 1 千米）和甚低頻（VLF）長波（3 Hz ~ 30 kHz、波長在100 ~ 10千米）的電磁波穿透海水的深度雖不及極低頻（ELF）長波電臺，但是它的通信效率卻更高，是目前世界各國處于運行狀態(tài)的最主要的長波電臺，也是各國海軍對潛通信的主要裝備。

由于極低的頻帶寬度，甚低頻長波通信無法發(fā)送音頻信息，所有的信息都是以文本信息的形式以極低的比特流傳輸，信息調(diào)制模式主要有以下三種：

一是OOK/CWK（On-Off Keying/Continuous Wave Keying，幅移鍵控），這是一種最簡單的摩爾斯編碼調(diào)制方式，通過載波開啟來代表摩爾斯編碼的“點”和“線”，通過載波關(guān)閉來代表間隔。但這種發(fā)射方式很難達(dá)到較高的功率水平，信號也很容易被大氣層噪音掩蓋，所以這種調(diào)制方式僅僅在緊急情況或者測試的時候使用。

二是FSK（Frequency-Shift Keying，頻率偏移調(diào)制），這是最古老也是最簡單的一種數(shù)字無線電波調(diào)制方式，載波在兩個不同頻率之間不斷轉(zhuǎn)換，一種頻率代表二進(jìn)制數(shù)字“1”，另一種頻率代表二進(jìn)制數(shù)字“0”。FSK調(diào)制模式的傳輸速率為50比特/秒和75比特/秒。

三是MSK（Minimum-Shift Keying，最小頻移鍵控），一種相比于FSK調(diào)制模式更為復(fù)雜，但信息傳輸速率更高的調(diào)制模式，也是當(dāng)今潛艇通訊的標(biāo)準(zhǔn)模式。信息傳輸速率可達(dá)300比特/秒或者大約35字節(jié)/秒，這一速率也大約相當(dāng)于每分鐘450個詞。

圖2 世界各國軍用長波電臺分布圖

甚低頻/低頻信號發(fā)送系統(tǒng)

圖3 甚低頻/低頻信號發(fā)送系統(tǒng)示意圖（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

甚低頻/低頻信號發(fā)送系統(tǒng)對潛通信系統(tǒng)由潛艇作戰(zhàn)授權(quán)（SUBOPAUTH）部分和信號發(fā)送位點（TransmitSites）部分組成，兩部分再分別由各種功能諸元組成（如上圖），整個信號發(fā)送過程按照流程圖進(jìn)一步闡述如下：

第一階段：潛艇作戰(zhàn)授權(quán)部分

經(jīng)廣播控制授權(quán)和指揮控制信息處理器處理后，潛艇衛(wèi)星信息交換系統(tǒng)（SSIXS）經(jīng)由高數(shù)據(jù)率站點間鏈路（HDRISL）將信息傳遞給信號發(fā)送位點部分的集成潛艇自動化廣播處理系統(tǒng)（ISABPS）功能單元，進(jìn)一步進(jìn)行廣播處理。

第二階段：信號發(fā)送位點部分

集成潛艇自動化廣播處理系統(tǒng)單元將信號傳輸給甚低頻數(shù)字化信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)送終端（VERDIN Transmit Terminal），然后KG-38功能單元對信號進(jìn)行加密處理，并進(jìn)一步被處理和編碼。

然后，甚低頻數(shù)字化信息網(wǎng)絡(luò)調(diào)制器（VERDIN Modulator）對加密傳輸過來的信息進(jìn)行調(diào)制，并傳輸?shù)缴醯皖l/低頻功率放大器（VLF/LF Power Amplifier）。

最后，經(jīng)過加密、調(diào)制和功率放大后的信號通過甚低頻/低頻天線系統(tǒng)（VLF/LF Antenna）發(fā)送出去。

作為一種戰(zhàn)略通信系統(tǒng)，甚低頻/低頻信號發(fā)送系統(tǒng)除了能夠?qū)λ聺撏У茸鲬?zhàn)力量通信之外，也可以對空基戰(zhàn)略轟炸機和陸基洲際彈道導(dǎo)彈發(fā)射指控中心進(jìn)行類似的作戰(zhàn)授權(quán)通信。

世界主要軍用長波電臺分布情況

美國

作為世界最大的軍事強國，美國的軍用長波電臺也同樣是世界之最，除本土的長波電臺之外，借助于和北約成員國以及其他盟國的防務(wù)安全合作，其可調(diào)用的軍用長波電臺資源更是遍布全球。

卡特勒（Cutler, MA.）

位于緬因州的卡特勒甚低頻（VLF）長波電臺始建于1960年，并于1961年1月4日投入運行，負(fù)責(zé)大西洋海域海軍潛艇水面或者水下單向通信。

該甚低頻通信站天線系統(tǒng)由兩個分隔且完全一樣的傘狀天線陣列組成，分別稱為“北陣列”和“南陣列”。每一個陣列由13個金屬天線桅桿通過電纜線水平連接到中心天線桅桿組成六角形雪花狀，兩個天線陣列既可以同時協(xié)同操作成為一個天線陣列，也可以在其中一個處于維護(hù)期間時，另一個獨立操作。中心天線桅桿高304米，然后是由6個266.7米高的內(nèi)圈天線桅桿以556米半徑圍繞，外圈則由另6個243.5米高的天線桅桿以935.7米半徑圍繞。

這種傘狀天線陣列能夠在24kHz低的頻率下高效輻射，中心垂直天線桅桿輻射甚低頻無線電波，水平懸掛電纜陣列作為電容器來增加垂直輻射器的效率。其甚低頻無線電波由Continental Electronics公司建造的世界上唯一一臺AN/FRT-31型發(fā)射機產(chǎn)生。

在海軍安納波利斯甚低頻長波通信站（呼號為NSS）被關(guān)閉以后，卡特勒的甚低頻長波通信站就是美國東海岸唯一的一個甚低頻長波通信站點了，在大西洋海域的軍事戰(zhàn)略通信方面發(fā)揮著不可替代的作用。

卡特勒甚低頻長波電臺的呼號是NAA、頻率是24 kHz、輸出功率為1.8 MW，經(jīng)緯度為44°38′47″N67°16′52″W。

吉姆溪（Jim Creek, WA.）

位于華盛頓州的吉姆溪甚低頻（VLF）長波電臺于1953年建成，它主要負(fù)責(zé)太平洋海域海軍潛艇水下單向通信。

吉姆溪的甚低頻長波通信站天線陣列由10個鏈狀電纜線（1719~2652米不等）組成，這些電纜線懸掛于跨越Wheeler山和Blue山之間山谷的12個61米左右的塔架。吉姆溪通信站的甚低頻無線電波由AN/FRT-3型發(fā)射機生成。

像吉姆溪這種甚低頻長波通信站天線類型被稱為跨越山谷型天線，其垂直電纜線是主要的輻射單元，水平懸掛的電纜線則是為了增加頂部天線的電容，進(jìn)而增強其射頻發(fā)射功能。吉姆溪甚低頻長波通信站的5個天線單元可以分成兩個部分，每個部分有其單獨的傳輸線路，它們可以協(xié)作運行形成一個天線，也可以兩部分獨立運行，當(dāng)其中一個關(guān)閉處于維護(hù)狀態(tài)時，另一個卻不受影響。

吉姆溪甚低頻長波電臺的呼號是NLK、頻率是24.8 kHz、輸出功率是1.2 MW，經(jīng)緯度為48°12′13″N121°55′0″W。

拉莫爾（LaMoure, ND.）

位于北達(dá)科他州的拉莫爾甚低頻（VLF）長波電臺（NRTF LaMoure）原來是OMEGA導(dǎo)航系統(tǒng)通信站，隨著GPS的全面運行，其導(dǎo)航作用就大打折扣，在1997年9月30日，拉莫爾甚低頻長波電臺的OMEGA導(dǎo)航系統(tǒng)就被關(guān)閉了，并轉(zhuǎn)交美國海軍用來對潛通信。

拉莫爾甚低頻長波電臺的呼號是NML、頻率是25.2 kHz，經(jīng)緯度是46°21′58″N 98°20′8″W。

盧阿盧阿萊（Lualualei, HI.）

位于夏威夷州的盧阿盧阿萊甚低頻（VLF）長波電臺是位于太平洋中部服務(wù)于美軍太平洋戰(zhàn)區(qū)最大的甚低頻長波電臺，建于1972年。它由兩個拉索傘狀天線組成，每一個高度都是458.11米。

盧阿盧阿萊甚低頻長波電臺的呼號為NPM、頻率為21.4 kHz和23.4 kHz、經(jīng)緯度為21°25′12″N 158°8′54″W。

除了在美國本土建設(shè)低頻/甚低頻長波電臺外，美國在海外盟國也建設(shè)了幾個低頻/甚低頻長波電臺：

哈羅德霍特（Harold E. Holt, Australia.）

哈羅德霍特甚低頻（VLF）長波電臺位于澳大利亞西北海岸，?？怂姑┧规?zhèn)以北6千米，這個小鎮(zhèn)幾乎和哈羅德霍特甚低頻通信站同時建立，以支撐該通信站的運行。哈羅德霍特甚低頻長波通信站由美國海軍和澳大利亞皇家海軍共同使用，主要服務(wù)于西太平洋和東印度洋的水面艦船和水下潛艇。

哈羅德霍特甚低頻通信站的天線系統(tǒng)由13個天線塔組成，最高的天線塔位于中心，塔高387米，然后是圍繞中心天線塔的6個內(nèi)圈天線塔，塔高364米，最后是圍繞中心天線塔的6個外圈天線塔，塔高304米。

哈羅德霍特甚低頻長波電臺的呼號是NWC、頻率是19.8 kHz，經(jīng)緯度為21°48′59″S114°9′56″E。

阿瓜達(dá)（Aguada, Puerto Rico.）

阿瓜達(dá)低頻（LF）長波電臺位于加勒比海沿岸國家波多黎各，最開始有三個拉索天線塔架，其中兩個已被拆除，現(xiàn)存并仍然使用的是367.3米的最高塔架。

阿瓜達(dá)低頻長波電臺的呼號是NAU、頻率是40.75kHz，經(jīng)緯度為18°23′55″N 67°10′38″W。

凱夫拉維克（Keflavik，Iceland.）

凱夫拉維克低頻長波電臺位于冰島境內(nèi)的格林達(dá)維克，是由美國海軍建設(shè)的海外低頻長波電臺。

凱夫拉維克低頻長波電臺的呼號是NRK、頻率是37.5 kHz，經(jīng)緯度是63?51′1″N,22?28′0″W。

錫戈內(nèi)拉（Sigonella，Italy.）

錫戈內(nèi)拉低頻長波電臺位于意大利，是由美國海軍建設(shè)的海外低頻長波電臺。

意大利錫戈內(nèi)拉低頻長波電臺的呼號是NSY、頻率是45.9kHz，經(jīng)緯度是37?24′6″N,14?55′20″E。

俄羅斯

俄羅斯繼承了大量前蘇聯(lián)解體后遺留下來的低頻/甚低頻通信資產(chǎn)，但自蘇聯(lián)解體以后，俄羅斯經(jīng)濟長期低迷，大量的長波電臺資產(chǎn)被迫關(guān)停、閑置或者拆卸。同時，俄羅斯地處高緯度地帶，出?？谝才彵睒O圈，這也給選址建設(shè)低頻/甚低頻長波電臺帶來極大的困難，再加之對信息的封鎖和保密也使外界對其長波電臺的分布、功能以及運行參數(shù)等知之甚少。

俄羅斯的甚低頻長波電臺中，可以查到位置的大多是阿爾法導(dǎo)航基站和貝塔授時站點，甚低頻長波軍用電臺的準(zhǔn)確位置很難查到，以下是幾個服務(wù)于俄羅斯海軍的甚低頻長波電臺呼號和頻率參數(shù)：

呼號為RSDN、頻率為11.91kHz；

呼號為RDL、頻率為20.2 kHz和21.1 kHz；

呼號為RJH、頻率為25 kHz。

英國

英國除了可以使用自己本國的甚低頻/低頻長波電臺通信站外，還可以使用北約國家以及美國的甚低頻/低頻長波電臺通信站發(fā)送信息。

安托爾（Anthorn）

安托爾長波電臺通信站位于英格蘭的坎布里亞，經(jīng)緯度是54°54′42″N 3°16′43″W。

該長波電臺通信站可以發(fā)送三類不同的長波信號：甚低頻長波信號；低頻長波信號和增強型“羅蘭”信號（一種由接收機獲取陸基站點發(fā)出的低頻電磁波進(jìn)行定位導(dǎo)航的低頻長波信號）。

位于安托爾的甚低頻（VLF）長波電臺呼號為GQD，對潛通信頻率為19.6 kHz，同時也是北約四大甚低頻長波電臺之一。

位于安托爾的低頻（LF）長波電臺呼號為MSF，頻率為60 kHz，功率17 kW。該低頻長波電臺屬于英國國家物理實驗室的一部分，其主要功能是授時服務(wù)。

而增強型“羅蘭”則主要是為海員提供導(dǎo)航服務(wù)。

斯凱爾頓（Skelton）

作為Rugby電臺的繼任者，斯凱爾頓的甚低頻（VLF）長波電臺于2001年投入運行，使命是為潛艇發(fā)送編碼指令。

斯凱爾頓甚低頻長波電臺的呼號為GBZ，頻率為19.58kHz，經(jīng)緯度為54°43′56″N 2°53′01″W。

意大利

塔沃拉臘（Tavolara）

呼號為ICV、頻率為20.27kHz，經(jīng)緯度為40°55′23″N 9°43′52″E。

法國

羅奈（Rosnay）

法國羅奈的甚低頻長波電臺天線系統(tǒng)由13個拉索天線桅桿組成，中心天線桅桿最高，為357米；內(nèi)圈6個天線桅桿310米；外圈6個天線桅桿270米。

羅奈的甚低頻長波電臺呼號為HWU、頻率為15.1 kHz、20.9 kHz和21.7 kHz，經(jīng)緯度為46°42′47″N 1°14′39″E。

德國

勞德爾費恩（Rhauderfehn）

勞德爾費恩甚低頻（VLF）長波電臺，呼號為DHO38、頻率為23.4kHz，經(jīng)緯度為53?8′9″N,7?34′29″E。該甚低頻長波電臺也是北約可互相操作的潛艇廣播系統(tǒng)的一部分。

挪威

挪威人（Noviken）

挪威人甚低頻長波電臺位于Gildeskal附近，呼號為JXN、頻率為16.4kHz，經(jīng)緯度為66°58′58″N 13°52′23″E。該長波電臺也是北約可互相操作的潛艇廣播系統(tǒng)的一部分。

瑞典

瓦爾貝里（Grimeton）

呼號為SRC、頻率為40.4 kHz，經(jīng)緯度為57.11°N 12.4°E，為瑞典海軍提供加密信息通信服務(wù)。該站點還有一個呼號為SAQ、頻率為17.2kHz的頻道，只在每年的亞利桑德遜日（六月最后一個星期日）和圣誕前夜向世界發(fā)送信號。

冰島

格林達(dá)維克（Grindavik）

格林達(dá)維克的無線電通信站是美國海軍于1976年就開始運行的甚低頻長波無線電基站，除了甚低頻長波無線電通信外，該基站也進(jìn)行短波通信。呼號為TFK、頻率為37.6 kHz，經(jīng)緯度為63.85°N 22.45°W。

土耳其

巴法（Bafa）

位于土耳其巴法的甚低頻（VLF）長波電臺，呼號為TBB、頻率為26.7 kHz，經(jīng)緯度為37°24′46″N27°19′24″E。

日本

蝦野（Ebino）

蝦野甚低頻長波電臺位于宮崎市，呼號為JJI、頻率為22.2 kHz，經(jīng)緯度為46°42′47″N1°14′39″E。蝦野的甚低頻長波電臺還有另一個呼號NDT，該呼號供美國海軍使用。

泡瀨（Awase）

泡瀨低頻長波電臺位于沖繩島，呼號為NDI、頻率為54kHz，經(jīng)緯度為26?19′26″N,127?49′46″E。

韓國

木浦市（Mokpo）

木浦甚低頻長波電臺位于韓國西南地區(qū)全羅南道港口城市木浦，呼號為UNID25、頻率為25 kHz，經(jīng)緯度為34°40′45″N126°26′43″E。

印度

南泰米爾納德邦（South Vijayanarayanam）

印度曾經(jīng)在孟買和南泰米爾納德邦建設(shè)了甚低頻長波電臺，孟買的已經(jīng)關(guān)停，現(xiàn)在仍在運行的是南泰米爾納德邦的甚低頻長波電臺。該長波電臺由13個天線桿組成，中心天線桿高301米，其余12個天線桿每6個一組分兩組圍繞中心天線桿呈環(huán)形分布，內(nèi)環(huán)天線桿高276.45米，外環(huán)天線桿高227.45米。南泰米爾納德邦的甚低頻長波電臺呼號是VTX3、18.2 kHz，經(jīng)緯度為8°25'59.88'N 77°48'00'E。

巴基斯坦

卡拉奇（Karachi，Sindh.）

位于巴基斯坦信德省卡拉奇海岸的甚低頻長波電臺建成于2016年，是巴基斯坦國第一個擁有甚低頻發(fā)射能力的無線電臺，它主要服務(wù)于在阿拉伯海區(qū)域活動的巴基斯坦海軍潛艇部隊。卡拉奇甚低頻長波電臺的呼號是PNSH、頻率為14-25.2 kHz，經(jīng)緯度為24.855°N 66.74°E。

阿根廷

蒙特格蘭德（Monte Grande）

蒙特格蘭德甚低頻長波電臺是服務(wù)于阿根廷海軍的無線通信設(shè)施，它由10個分布成T形的天線桅桿組成，其中8個210米高、2個219米高。蒙特格蘭德甚低頻長波電臺的呼號是LPZ，頻率17.33 kHz或23.6 kHz(不確定)，經(jīng)緯度為34.76°S 58.51°W。

極低頻長波電臺

極低頻（ELF，Extremely Low Frequency）長波是一類頻率在3~30Hz、波長在100000 ~ 10000 千米范圍的電磁波。由于其極低的頻率和極長的波長，使其能夠輕而易舉實現(xiàn)全球通信傳播，并能穿透海水100~200米。

由于極高的技術(shù)復(fù)雜性，到目前為止，世界上只有美國、蘇聯(lián)/俄羅斯和印度三個國家建設(shè)過極低頻通訊設(shè)施，而美國的極低頻長波電臺已于2004年退役，所以現(xiàn)在全球處于運行狀態(tài)的極低頻長波電臺就只有俄羅斯和印度的兩個。

極低頻長波電臺信號發(fā)送流程和甚低頻/低頻信號發(fā)送流程基本一樣，在此不再贅述。

美國的極低頻長波電臺（Project ELF）

美國的極低頻長波電臺項目Project Sanguine立項于1968年，由于該項目需要占用威斯康辛州近2/5的面積，并且該項目所規(guī)劃的巨大天線陣列很難在核打擊下幸存，同時因為潛在的環(huán)境影響和威斯康辛州居民的反對，該項目最終并未落實。

緊隨其后的還有SHELF（Super Hard ELF）項目，該項目是一個深埋地下的極低頻通信系統(tǒng)；然后是SEAFARER項目，該項目的方案是淺層埋設(shè)ELF天線的地表部署ELF通信系統(tǒng)。這兩個方案最終由于種種原因都未能得到落實。

而最終付諸實施的還是現(xiàn)在眾所周知的Project ELF項目，該項目由分別位于威斯康辛州和密歇根州相距148英里的兩個站點和地上天線陣列組成。1969年開始建設(shè)，1982年進(jìn)行官方測試，1989年正式投入運行。工作頻率為76 Hz，備用頻率為45 Hz。

由于過于龐大脆弱易遭致命打擊，加上當(dāng)?shù)鼐用窨棺h，美國海軍于2004年關(guān)閉了這個美國唯一的極低頻長波電臺通信站。

蘇聯(lián)/俄羅斯的極低頻長波電臺（ZEVS）

ZEVS極低頻長波電臺位于Kola半島摩爾曼斯克附近，由于其很高的戰(zhàn)略重要性，關(guān)于這個設(shè)施幾乎沒有什么官方信息，所有的相關(guān)信息幾乎都來源于衛(wèi)星圖片。

ZEVS極低頻長波電臺的頻率為82Hz，它由兩個分離的電極和天線組成，其中一個電極的經(jīng)緯度為 68.813321°N 33.7517427°E、另一個電極的經(jīng)緯度為 68.7163557°N 33.7078248°E，整個極低頻長波電臺通信站設(shè)施的輸出功率約為10MW ~ 14MW，直到前蘇聯(lián)解體之后，這個秘密的軍事通信設(shè)施才為外界所知。

印度的極低頻長波電臺（INS Kattabomman）

印度的極低頻長波電臺和甚低頻長波電臺都位于南印度泰米爾納德邦靠近內(nèi)爾維利城一個叫Vijayanarayanam的地方（8°23'14'N，77°45'6'E）。該極低頻長波電臺設(shè)施始建于2012年，據(jù)稱承建公司為印度Larsen&Toubro公司，相傳俄羅斯曾緊密參與該設(shè)施的研發(fā)。目前，關(guān)于這個極低頻長波電臺的呼號頻率等信息知之甚少。

（平臺編輯：黃瀟瀟）