海上救援定位的“穿雲箭”
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近日,南部戰區海軍某大隊組織多型艦艇在某海域開展海上搜救專項訓練,錘煉部隊一線搜救能力。
多年來,以火箭降落傘火焰信號、無線電示位標和雷達應答器為代表的傳統裝備,構成了海上救援定位的“鐵三角”。然而,隨著作戰任務日趨復雜和戰爭形態加速演變,傳統的救援裝備正面臨三重“救援困局”:一是天時之困,極端天氣導致信號衰減﹔二是地利之難,洋流漂移導致定位誤差﹔三是人謀之詐,虛假信號干擾信號識別。
如何用科學技術破解“救援困局”?科研人員正以創新技術為“箭”,著力打造新一代海上救援定位體系。
破解天氣迷霧的“傳令兵”——
第一支箭:多光譜信標技術
電影《功夫》中,有句經典台詞是:“一支穿雲箭,千軍萬馬來相見。”在視野較好的陸地上,以這樣的方式召集人員相對容易。如果在茫茫大海上,遇險者該發射什麼樣的“穿雲箭”來實現定位,進而獲得救援呢?這時候,火箭降落傘火焰信號就派上用場了。
火箭降落傘火焰信號源於二戰時期的信號彈技術,類似於過年時常見的“二踢腳”。使用者拉開尾部拉環,擊發火焰信號,它在升至約300米的高空后發生爆炸,同時釋放出降落傘。爆炸產生的火球在降落傘的作用下緩緩下落,產生30000坎德拉的強光,相當於在空中同時點燃了30000支蠟燭。救援人員捕捉到這個信號,就能得到遇險者的粗略定位。
火箭降落傘火焰信號雖然發光強度大,但只能發出一種波段的光,即可見光。這種光會受到雨霧等因素的干擾,給信號識別帶來困難。如何提升其抗干擾能力,成了擺在科研人員面前的首要難題。
經過反復試驗,科研人員發現,由於臭氧層的吸收作用,自然界中幾乎沒有紫外波段的背景干擾﹔紅外波段則能被衛星熱成像傳感器全天候捕捉。基於此,融入多光譜信標技術的新一代火箭降落傘火焰信號應運而生。
多光譜信標技術簡單來說,就是能讓火箭降落傘火焰信號發出不同波段的電磁波。即使可見光被遮蔽,其他波段的電磁波仍然可以被救援人員探測並用於定位。如果將發出光學信號比作派出“傳令兵”,那麼傳統的火箭降落傘火焰信號就像隻派出一個“傳令兵”,而且隻採用一種方式傳達命令,一旦半途被阻,信息便無法傳達。而融入多光譜信標技術后,新一代火箭降落傘火焰信號就像派出多個“傳令兵”,且以多種方式去傳遞信息。這就極大提高了信號在暴雨、濃霧等極端天氣下的抗干擾能力。
破解洋流漂移的“實時地圖”——
第二支箭:AI洋流預測算法
艦船兩舷常常配備有無線電示位標。該設備能在艦船遇險時,自動向救援中心發送遇險坐標,救援中心依據這個坐標派出救援力量展開救援。這種方式有點像發送“微信定位”,原理簡單、操作便捷,至今仍被世界多國廣泛採用。
然而,定位方式會受到一個不可控因素影響——洋流漂移。洋流是指大規模、有相對穩定路徑和方向的海水流動。受到風力驅動、地球自轉、潮汐、陸地輪廓等一系列因素的影響,洋流運動軌跡比較復雜,就像錯綜復雜的“水流迷宮”。遇險船隻在海上發出定位信號后,依然會隨著洋流漂移。當救援人員循著信號找過來的時候,遇險船隻已經離開了原來的位置。
馬航MH370失聯后,各國根據衛星數據與航線推算劃定搜索區。初期搜索面積達6萬平方公裡,后來擴大到12萬平方公裡,多國飛機和艦船在印度洋累計搜索范圍約460萬平方公裡。受洋流漂移影響,一部分殘骸發現位置距推測失事點超過數千公裡。這啟示我們:傳統的無線電示位標就像拿著舊地圖找新路,根本無法應對瞬息萬變的海洋環境。
為此,科研人員將AI洋流預測算法與無線電示位標相結合。其工作模式分三步:第一步是找規律,原始的航道洋流歷史數據雜亂無章,難以建立數學模型,因此需要對航道數據進行特征相關性分析,找到洋流數據和時間、空間的密切聯系,建立多維特征航道洋流數據集﹔第二步是建模型,即建立輸入輸出的映射關系,輸入事發海域坐標及事發時間,輸出該海域洋流的流速和流向﹔第三步是模型驗証,根據現有模型,對比真實的航道洋流數據進行精准度驗証,進一步修正模型。一言以蔽之,AI洋流預測算法能根據事發海域的洋流模型,持續刷新漂移軌跡,給出實時預測位置。好比把“微信靜態定位”變成“實時定位”。這樣大大縮小了救援范圍,提高救援精准度。
破解虛假信號的“防偽密碼”——
第三支箭:雷達特征編碼技術
在傳統軍事搜救體系中,救援力量到達遇險者周邊后,會發射雷達信號,遇險者用隨身攜帶的雷達應答器反射應答信號,雙方建立信息通聯。然而,在瞬息萬變的戰場上,作戰雙方會輕易地讓對手如願以償嗎?答案是否定的。
現代電子對抗實踐表明,虛假信號干擾已成為戰場環境中的普遍威脅,採用固定編碼模式的傳統應答信號極易被仿制。更嚴重的是,隨著電子戰技術的發展,現代戰場已經變成充滿“電子迷霧”的復雜環境。傳統的雷達應答器就像“不設防的郵筒”,敵我雙方都可以往裡面投遞信件,既反射己方的真實信號,也反射對手的虛假信號,極易被對手利用。
對手能夠制造虛假信號的一個重要原因,就在於以往的反射應答信號是固定頻率、固定節奏,信號相對容易模仿。那麼,如果在己方信號中加入“防偽密碼”,比如節奏突變(時域偽隨機序列)、波形突變(相位動態調制)、音調突變(頻段快速跳變),不就可以增加對手的偽造難度了嗎?這就是雷達特征編碼技術的用處。
雷達特征編碼技術的核心在於建立動態加密機制。通過量子隨機數生成器產生不可預測的編碼序列,每個信號脈沖都帶有獨特的“指紋”特征。這種技術借鑒了現代密碼學中的“一次一密”原理,使得對手難以通過截獲少量信號來破解編碼規律。如果說傳統的雷達應答器是“對暗號”,那麼融入雷達特征編碼技術后就是“掃動態二維碼”。接收到反射應答信號后,隻需要檢驗節奏、波形是否完整,就可以精准識別己方信號了。
三支“穿雲箭”將物理空間感知、信息空間智能計算與電磁空間對抗防護有機融合,形成“天—海—電”三位一體的新型海上救援能力。展望未來,隨著量子通信、人工智能、6G網絡等前沿技術的深度融合,海上救援定位技術還將迎來新的突破。可以預見的是,下一代救援系統將實現“智能感知—自主決策—精准行動”的全鏈路自動化,進一步提升復雜戰場環境下的救援效能。這些技術進步,不僅能挽救更多寶貴生命,更將為提升全域作戰能力提供重要支撐。(王沛 張佳豪)
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