水下通信简介
水下无线通信技术的研究与应用
水下无线通信技术的研究与应用水下无线通信技术是在水下环境下实现数据传输或语音通信的技术。
水下无线通信技术被广泛应用在海洋航行、潜水作业、海洋勘探、水下监测等领域。
本文将从技术原理、通信方式、应用领域、面临的挑战等方面进行探讨。
一、技术原理水下通信相对于陆地无线通信面临更多的难题，主要原因是水对电磁波传播的影响。
水具有强吸收和散射作用，会削弱和扩散信号，导致各种干扰和突发错误。
因此，水下无线通信技术相对困难，需要通过高广带宽、可靠性、抗干扰等方面的提高来实现。
1. 水下反射原理水下无线通信通常采用声波作为载波，或者通过电磁波在水下通信。
声波在水中的传播主要依赖于反射、散射、吸收等因素，通常利用声波在水下传播的特性，通过声纳或超声波传感器将声波信号转变为电信号传输。
声波可以向各个部分反射，这种反射也是基于入射角等几何因素，的来评估声波的反射能力。
2. 电磁波的反射电磁波信号在水下的传输需要考虑电磁波波长与水分子相互作用的影响。
电磁波信号的传播需要依赖于电磁波的反射，这种反射是基于声速差异的，不同介质的界面会有反射和折射。
电磁波通常常用于海底监控和海洋勘探等方面，需要考虑一些噪声和干扰对通信质量的影响。
二、通信方式1. 声波通信水下无线通信常用的一种方式是利用声波进行通信。
声波通信是使用声纳或超声波传感器将声波信号转换为电信号，在水下传输。
声波频率一般在几kHz到几百kHz之间，信噪比比电磁波更高，但是通信速率却相对较慢。
声波通信在水下探测领域有广泛应用，包括水下回声探测、海洋资源勘探、蓝色海洋勘测等。
2. 电磁波通信水下电磁波通信可以使用LF、VLF或者HF波段频段进行通信。
由于电磁波能够穿透海水到达远距离，因此利用电磁波进行水下通信具有较高的传输速率，可以达到数Mbps。
电磁波通信在水下监测、海底勘探、深海矿产开采等领域中有着广泛应用。
三、应用领域1. 海底勘探水下通信技术在海洋勘探领域中有着广泛的应用，可以通过水下无线传输实现探测仪器和传感器的数据传输。
水下无线传输方案
水下无线传输方案简介随着科技的不断进步，水下通信变得越来越重要。
在许多应用场景，例如海洋研究、海底油田开发等，水下无线传输方案成为了解决数据传输的关键。
本文将介绍水下无线传输方案的背景、技术原理和应用。
背景水下通信是指在水下环境中进行数据的传输和通信。
由于水的高密度和强烈的吸收性质，水下通信相比于陆地通信面临很多挑战。
为了解决这些问题，水下无线传输方案应运而生。
水下无线传输方案可以通过无线电波、激光光束或声音等方式进行信号传输。
其中，无线电波是最常用的水下无线传输方案。
使用合适的调制技术和编码技术，可以在水下环境中实现高速、可靠的数据传输。
技术原理水下无线传输方案的技术原理主要涉及信号传输、调制技术和编码技术。
信号传输水下无线传输方案中，信号传输是关键环节。
传统的电磁信号在水下传播极为困难，容易被水的吸收和散射。
因此，采用特定的频段和调制方式可以提高信号传输距离和质量。
调制技术调制技术是将需要传输的信息转换成适合在水下环境中传播的信号的过程。
常见的调制技术包括频移键控调制（FSK）、相移键控调制（PSK）和正交频分复用（OFDM）等。
通过合理选择调制方式，可以提高抗干扰能力和传输速率。
编码技术编码技术是将数字信号转换成模拟信号或其他形式的信号，再进行传输的过程。
常见的编码技术包括差分编码、调幅编码和Turbo编码等。
编码技术可以提高传输的可靠性和容错能力。
应用水下无线传输方案在许多领域都有广泛的应用。
海洋研究水下无线传输方案在海洋研究中发挥重要作用。
科研人员可以通过水下传输方案将潜水器或传感器采集的数据传回陆地，以便分析和研究海洋生物、海洋地质和海洋环境等。
海底油田开发水下无线传输方案在海底油田开发中起到关键作用。
通过水下传输方案，工程人员可以监控油井和设备的状态，并实时传输数据到岸上的控制中心，以便做出及时的调整和决策。
水下机器人水下无线传输方案在水下机器人领域有着广泛的应用。
水下机器人可以通过水下传输方案与地面操作员进行实时通信，完成各种任务，例如海洋资源开发、海上救援和水下探险等。
水下通信原理
水下通信原理水下通信原理是指通过水下介质传输信息的技术原理。
水下通信在海洋科学、海洋资源开发、军事防御等领域具有重要应用价值。
本文将从水下通信的基本原理、技术手段以及应用领域等方面进行介绍，以便读者对水下通信有一个全面的了解。
水下通信的基本原理是利用水下介质传播信号。
水下介质对电磁波的传播有很大影响，因此水下通信主要采用声波、电磁波以及光波等方式进行传输。
其中，声波通信是最常用的一种方式。
声波在水中传播速度较快，传播距离较远，而且对水下环境的影响较小。
因此，水下声波通信成为了主要的水下通信技术。
水下声波通信主要依靠声纳技术进行数据传输。
声纳是一种利用声波进行探测和通信的技术。
它通过发射声波信号并接收回波信号来实现信息的传递。
在水下通信中，通信双方分别安装声纳设备，通过声波信号的发射和接收来进行沟通。
发送方将待传输的信息转化为声波信号并发射出去，接收方接收到声波信号后将其转化为可读的信息。
除了声波通信外，水下通信还可以采用电磁波和光波进行传输。
电磁波通信是利用电磁波在水下介质中的传播特性来实现信息传输的技术。
电磁波通信具有传输速度快、带宽大等优点，但对水下环境的影响较大。
光波通信是利用光的传输特性进行信息传输的技术。
光波通信的传输速度非常快，带宽也很大，但对水下环境的要求较高。
水下通信技术在海洋科学研究中有着广泛的应用。
科学家们可以利用水下通信技术对海洋中的生物、地质、化学等信息进行探测和研究。
水下通信技术在海洋资源开发中也起到了重要的作用。
海洋中蕴藏着丰富的石油、天然气等资源，通过水下通信技术可以实现对这些资源的开发和利用。
此外，水下通信技术还在军事防御领域有着重要的应用。
军方可以利用水下通信技术进行水下作战、侦查等任务。
水下通信是一项具有重要应用价值的技术。
通过声波、电磁波和光波等方式进行传输，实现了在水下环境中的信息交流。
水下通信技术在海洋科学、海洋资源开发、军事防御等领域具有广泛的应用前景。
水下通信原理
水下通信原理一、水下通信的概述水下通信是指在水下环境中进行信息传递的技术和方法。
由于水的高密度和复杂的传播环境，水下通信具有一些特殊的挑战和限制。
本文将深入探讨水下通信的原理和相关技术。
二、水下通信的挑战水下通信面临以下挑战： 1. 信号衰减：水下环境中，信号会因为水的吸收、散射和多径效应而衰减，导致通信距离受限。
2. 多径传播：水下环境中，信号会经历多次反射、折射和散射，导致信号多径传播，造成信号失真和干扰。
3. 噪声干扰：水下环境中，存在来自水流、生物声、船舶等的噪声干扰，影响通信质量。
4. 带宽限制：水下通信的带宽受限，无线电频谱资源有限，需要合理利用。
三、水下通信的原理水下通信可以采用以下原理： ### 1. 声波传播声波是水下通信中最常用的传播介质。
声波的频率范围广泛，可以传播较远的距离。
水下声波通信主要分为两种模式：自由空间传播和声线传播。
#### 1.1 自由空间传播自由空间传播是指声波在水下自由传播，没有接收器或发射器的物体。
这种传播方式通常用于声纳和水下定位等应用。
#### 1.2 声线传播声线传播是指利用水下声源和接收器进行通信。
声线通信可以使用单一频率或多频率技术，通过调制解调技术实现信息传递。
2. 光波传播光波传播是指利用光波在水下传播信息。
光波传播具有高速、大带宽和抗干扰能力强的特点，但受到水的吸收和散射的影响较大。
光波通信可以采用激光通信和LED通信等技术。
3. 电磁波传播电磁波传播是指利用电磁波在水下传播信息。
电磁波通信可以采用无线电频段的电磁波，但由于水的吸收和散射，电磁波在水下的传播距离较短。
四、水下通信技术为了克服水下通信的挑战，人们发展了一系列水下通信技术： ### 1. 调制解调技术调制解调技术是将信息信号转换为适合传输的信号，并在接收端将其恢复为原始信号。
常用的调制解调技术包括频移键控（FSK）、相移键控（PSK）和正交频分复用（OFDM）等。
水下通信原理
水下通信原理水下通信原理是指在水下环境中进行信息传输的一种技术。
由于水的密度和折射率与空气不同，水下通信相比陆地或空中通信存在许多独特的挑战和限制。
本文将从水下通信的基本原理、技术应用及其未来发展等方面进行阐述。
水下通信的基本原理是利用声、电、光等信号进行传输。
其中，声波是一种最常用的传输媒介。
在水下环境中，声波的传播速度比空气中的声波要快得多，约为1500米/秒。
因此，水下通信系统通常利用声波进行信息传输。
传统的水下声通信系统采用声纳技术，即利用声波的回声来获取目标信息。
这种技术在军事、海洋研究以及海底油气勘探等领域有着广泛的应用。
除了声波通信外，水下通信还可以利用电磁波进行传输。
电磁波在水下的传播速度比空气中的要慢得多，约为3×10^8米/秒。
因此，水下电磁波通信系统需要考虑信号的衰减和散射等问题。
此外，由于水的导电性较强，水下电磁波通信系统还需要解决电磁波在水中的传播损耗和干扰等问题。
近年来，光纤通信技术的发展为水下光通信提供了新的解决方案。
光纤通信系统利用光的全反射原理，在光纤中传输信号。
水下光通信系统利用光纤作为传输媒介，可以实现高速、大容量的数据传输。
然而，由于水的吸收和散射等问题，水下光通信系统的传输距离和速率仍然存在一定的限制。
水下通信技术在海洋资源开发、海底地震监测、海底遗迹勘探等领域都有重要的应用。
例如，在海洋石油勘探中，水下通信系统可以实现海底油井的监测和控制。
在海底地震监测中，水下通信系统可以传输地震传感器采集到的数据。
此外，水下通信技术还被应用于水下机器人、海底网络和海底观光等领域。
尽管水下通信技术取得了一定的进展，但仍存在许多挑战和难题需要解决。
例如，水下通信系统需要克服水的吸收和散射引起的信号衰减和失真问题。
此外，水下通信系统还需要应对海洋环境的复杂性和不确定性，如水流、盐度和温度的变化等。
因此，未来的研究重点将是开发更高效、稳定和可靠的水下通信技术。
水下通信原理是利用声、电、光等信号进行信息传输的一种技术。
水下通信原理
水下通信原理水下通信是指在水下环境中进行信息传输的技术。
它在海洋、湖泊、河流等水域中有着广泛的应用，如海底油气勘探、海底电缆维护、水下探测等领域。
水下通信的原理主要包括声波传播、电磁波传播和光学传播。
声波传播是水下通信最常用的方式。
声波在水中传播的速度比在空气中慢得多，但是声波在水中的传播距离比在空气中远得多。
声波在水中的传播速度与水的温度、盐度、压力等因素有关。
水下通信中，通常使用的声波频率为几千赫兹到几百千赫兹之间，这个频率范围的声波在水中传播的距离较远，而且不容易被水中的杂音干扰。
电磁波传播是另一种水下通信的方式。
电磁波在水中的传播速度比声波快得多，但是电磁波在水中的传播距离比声波短得多。
电磁波在水中的传播距离受到水的电导率、电磁波频率等因素的影响。
水下通信中，通常使用的电磁波频率为几百千赫兹到几千兆赫之间，这个频率范围的电磁波在水中传播的距离较短，但是传输速度较快。
光学传播是一种新兴的水下通信方式。
光学传播在水中的传播速度比声波和电磁波都快，但是光学传播在水中的传播距离比电磁波短得多。
光学传播在水中的传播距离受到水的透明度、光源强度等因素的影响。
水下通信中，通常使用的光学传播方式是通过激光器将信息编码成光脉冲，然后通过光纤将光脉冲传输到接收端。
水下通信的应用范围广泛，但是在实际应用中还存在一些问题。
例如，水下通信的传输距离受到水的深度、水的浊度、水中的杂音等因素的影响，这些因素会影响水下通信的传输质量。
此外，水下通信的设备成本较高，维护和修理也比较困难。
因此，水下通信技术的发展还需要进一步的研究和改进。
总之，水下通信是一种重要的技术，它在海洋、湖泊、河流等水域中有着广泛的应用。
水下通信的原理主要包括声波传播、电磁波传播和光学传播。
不同的传播方式有着各自的优缺点，应根据实际情况选择合适的传播方式。
水下通信技术的发展还需要进一步的研究和改进，以满足不断增长的需求。
海洋技术
传输距离
长
传输速率
高
传输时延 可靠性 经济性
很小 高 差
电磁波通信 无线可见光 （蓝绿光）
超长波和极长波通信系统
较长
很低 高
较小 小
较高 较低
差 好
随着光电技术的快速发展， 较短 可见光水下通信越来越得 到人们的关注 目前水下无线通信的主要 方式 长
声学通信
低
大
较低
较好
谢谢观看
THANKS
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通信方式的对比
主要水下通信方式的对比
水下通信 方式
光纤通信
目前研究应用
水下无线光 通信
水下激光技术
• 组成：发射系统，水下信道和接收系统 • 优点：1.传输速率高 2.光波效率高，信息承载 能力强 3.抗电磁干扰能力强 4.保密性高 5.重量 轻 • 缺点：1.通信距离短 2.成：发射部分（LED可见光发射系统及其驱 动电路，信号输入，处理电路）接收部分（接 收光学系统，光电探测器，信号处理，输出电 路） • 特点：1. 不受外界电磁波干扰 2.具有保密性且 安全性高 3.LED灯发光效率高，能效低，绿色 环保，可靠性高 4.调制性能好，响应灵敏度高 5.无需无线电频谱认证 6.体积小，受温度影响 小，易于安装，价格低
根据信号载体：水下光纤通信，水下电磁波通信，水下无线光通信，水声通信
水下光纤 通信
01
1. 定义：用包裹的光纤束，铺设在海底 2. 优点：几乎没有时间延迟，价格低，保真度 高，频带宽，通信速度快 3. 缺点：因为埋在海底，受到的压强大，且海 水具有腐蚀性，所以铺设和维修困难，成本 高 4. 分类：按传输模式：单模光纤，多模光纤 区别：单：纤芯直径接近光波的波长 双： 远远大于 5.适用：长距离
水下通信
水下光通信技术一．技术优点光学通信技术可以克服水下声学通信的带宽窄、受环境影响大、可适用的载波频率低、传输的时延大等缺陷。
因为一下通信：（1）是由于光波频率高，其信息承载能力强，可以组建大容量无线通信链路。
（2）是光波在水介质的传输速率可达千兆，使得水下大信息容量数据的快速传输成为可能；（3）是光学通信具有抗电磁干扰能力强，不受海水温度和盐度影响等特点；（4）是波束具有较好的方向性，如想拦截，就需要用另一部接收机在视距内对准发射机，造成通信链路中断，用户会及时发现通信链路中断事故。
（5）是随着半导体光源关键技术不断突破，体积小，价格低、效率高的可见光谱光电器件充足。
并且由于光波波长短，收发天线尺寸小，可以大幅度减少重量。
二．重要性近十年来，新兴的水下无线传感器网络技术为获取连续、系统、高时空分辨率、大时空尺度的海洋要素观测资料提供一种全新的技术手段。
水下无线传感器网络由多个低成本、低功耗、多功能的集成化微型传感器节点组成，这些传感器节点构成无线网络，具有数据采集、无线通信和信息处理的能力，将多个此类传感器节点布置在一个特定的区域内，可形成无线传感器网络,它们通过特定的协议，高效、稳定、准确的进行自组织，并通过各传感器节点协作进行实时测量、感知和采集各种海洋要素的信息，利用无线通信技术将观测信息实时传输。
因此，通过在感兴趣的海域布设大量廉价无线传感器节点可以获取海洋环境时空变化观测资料，实现大范围的观测区域高覆盖面的监测，为实现多点化、立体化、长时序、网络化、实时化、大空间尺度的海洋环境监测提供技术支撑。
在海洋军事活动中，为保障信息传输过程中不受干扰和不被截听，利用AUV （Autonomous Underwater Vehicle）进行指挥舰与潜艇，潜艇与潜艇之间的通信联络；在港口安全保障过程中，在AUV上搭载声学或光学监测传感器进行港口及水下设备的检测和目标的跟踪，并及时通过无线通信技术将信息传输到信息中心。
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水下通信简介
浩瀚的“龙宫”虽然神奇，但如何在水下保持与外界的“飞鸿传书”，依旧是一道尚未完全攻破的世界性难题。
除了把低频电磁波、声波和光波作为主要水下信息通信载体外，美国麻省理工学院的研究人员日前推出了一套“平移声学-射频通信”系统，通过综合运用声呐和雷达技术，试图实现潜艇等“深海巨兽”与水面舰艇乃至飞机、卫星之间的高速通信。
长期以来，制约水下作战的重要因素，就是无法建立起水下通信的“信息高速路”。
信息化战争战场态势瞬息万变，战机稍纵即逝，只有建立高效稳定的水下通信系统，才能充分挖掘出水下作战的巨大潜能。
尤其是伴随着军事物联网的快速发展，未来水下作战对潜艇、无人潜航器等战场节点的网络通信提出了新的更高要求，推动着人们对于水下通信技术不断进行研究探索。
探秘“龙宫”——
电磁波通信成了“旱鸭子”
水下通信一般是指水上实体与潜艇、无人潜航器等水下目标的通信或水下目标之间的通信。
由于海洋环境中各种复杂因素的存在，使得水下通信一直滞后于地面、空中和空间通信的发展，也成为制约信息化战场水下作战战力提升的瓶颈。
说起通信，人们广泛使用的电磁波在水下衰减很快，穿透海水传输数据的能力相对薄弱，是个不折不扣的“旱鸭子”。
譬如，我们把手机用防水袋包裹好放入水中，信号就会大幅度衰减，这就是电磁波在水中传输能力的简单验证。
给航行在大洋深处的潜艇发一封电报，要多久？现有的技术水平大概是30分钟。
目前，世界各国广泛使用的通信方式，主要是甚低频和超低频等长波通信手段。
日本是最早实现甚低频技术实用化的国家，早在1929年就建成了佐佐美通信站。
第二次世界大战期间，德国和英国海军也相继建成了甚低频通信站。
从20世纪50年代开始，伴随着弹道导弹潜艇的诞生，利用超低频率电磁波面向全球传播的超低频通信方案应运而生，为潜艇远洋隐蔽通信立下了汗马功劳。
从1985年起，美国先后多次完成超低频通信试验，各军事强国也加大了对超低频通信系统的研究。
即便是目前相对较为成熟的超低频通信系统，也只能穿透100米深的海水，且系统传输速率慢、造价昂贵，限制了长波通信的进一步发展。
当长波手段用于对潜通信时，需要超大功率的无线电发射机和大尺寸天线，空间使用“寸土寸金”的潜艇只能配备通信接收机，也就意味着在水下的潜艇只能“听”。
如果潜艇需要向岸上发报，就必须上浮或者施放通信浮标。
承担水下“潜伏”任务的潜艇，如果时不时露出水面获取信号，极易将自身暴露在先进反潜技术面前。
如果不能实现高效
稳定的水下通信，根本不知道对手在哪里的潜艇只能蹲守在海里“碰碰运气”，甚至还会严重贻误战机。
此外，水下长波通信虽然能实现长距离通信，但信号发射台往往体型巨大，抗毁能力差。
美国1986年建成并投入使用的超长波电台天线横亘135千米。
对此，美国国防部高级研究计划局还专门开展了“机械天线”项目研究，旨在为长波通信找寻更加小型化的信号发射装置。
声光变换——
驶入水下通信“高速路”
为充分弥补水下通信的技术短板，美、日、俄等国一直致力于水下通信技术的研发，在水声通信、蓝绿激光水下通信等领域相继取得突破性进展。
声波在水下传输的信号衰减小，传输距离远，使用范围可从几百米延伸至几十公里，因而成为水中信息传输的主要载体。
目前，水声通信已经成为较为成熟的水下通信手段，美军使用的水声通信设备传输距离可达数千米。
近年来，研究人员还在编码技术、信道均衡技术、纠错及安全传输方面取得重大进展，进一步推动了水声通信技术的快速发展。
水声通信主要存在着传输速率相对较低、传输距离不能满足战场需求等问题。
2017年5月，韩国研究人员成功实现了水深100米、通信距离30千米的水声通信试验，将现有水声通信手段的传输距离提高了2倍以上。
随后，美国研究人员借助螺旋声波多路复用技术，验证了声波信号高效并行传输的技术可行性，使通信速率提高了8倍，为破解远距离水声通信速率低等难题提供了新的解决方案。
要想开启水下通信的“高速路”，还可以从激光身上找寻灵感。
20世纪70年代初，美国研究人员率先发现了蓝绿色这一“海水窗口”，蓝绿激光水下通信利用的就是波长450-530纳米的蓝绿色光。
研究表明，潜艇在水下700米深仍可接收到蓝绿激光信号。
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、抗截获和抗核辐射能力好等诸多优点，相当于为水下游弋的潜艇戴上了通信“助听器”。
自从美国海军提出“卫星-潜艇”通信可行性研究后，蓝绿激光水下通信迅速成为美国的战略性研究计划，目前美国已基本完成了蓝绿激光水下通信的相关试验。
美国海军研究人员正计划使用蓝绿激光，实现飞机与潜艇的全双工通信。
英国工程师在此前发布的未来潜艇概念图中，也明确提出将利用激光开展集群通信。
2017年，日本国立海洋研究开发机构在日本防卫省的支持下，成功实现了水深800米移动物体间的蓝绿激光无线通信，通信速率达到可实时传输视频画面水平。
组网互联——
探寻未来通信的“颠覆者”
当前，随着无人化与智能化装备的快速发展，找寻到足以支撑起复杂战场态势信息实时传输的水下通信技术成为当务之急。
长波通信、水声通信、蓝绿激光水下通信依旧存在短板，复杂战场信息传输对水下传输速率提出了更高要求。
同时，水声通信和蓝绿激光水下通信等方式容易暴露自身目标，人们还必须进一步探寻未来水下通信领域的“颠覆者”。
美国麻省理工学院的研究人员推出的“平移声学-射频通信”系统，主要利用水下发射器发送声呐信号，振动信号被雷达接收后，将转换成数字信息。
这一系统的原理看似并不复杂，但要在波浪的巨大干扰中识别出微小的声波振幅，依旧需要复杂算法的有力支撑。
美国国防部高级研究计划局于2015年正式启动“水下战术网络体系结构”项目，计划借助光缆建成水下通信中继系统。
代表着攻击型核潜艇发展趋势的美国海军“弗吉尼亚”级核潜艇则专门配备了光电桅杆，通过光电传感器对外通信。
近年来得到快速发展的量子通信，也为水下通信提供了新的技术思路。
量子通信的传输机制不受海洋环境、海洋生物等干扰因素影响，传输速率远远高于长波通信和水声通信等技术手段。
此前，研究人员就成功实现了海水量子通信实验，为量子通信技术上天、入地、下海增添了浓墨重彩的一笔。
英国科学家还研发出了“量子罗盘”，不仅能使潜艇摆脱数据通信和精确导航之困，更将有效提升潜艇和无人潜航器的水下攻击和联合作战能力。
此外，磁感应通信也是一种新型通信手段。
它以磁场作为载体，通过改变磁场强度进行信息传输，兼顾了光通信与电磁波通信的优势，在水下通信时信号延迟几乎可以忽略，且通信距离长、数据传输速率高。
在美国国防部高级研究计划局的支持下，美国研究人员已经初步实现实验室环境下的水下磁感应通信。
未来，水下通信将向着组网互联方向加速发展。
美国海军研究总署已经推出了“水下自治采样网络”，美国海军的“海洋万维网”系统和欧洲的系列化水声通信网络计划等相继取得阶段性成果。
伴随着水下通信技术的发展，未来可通过综合运用各种水下通信手段，为潜艇、无人潜航器、传感器等搭建起水下联合作战网络，并与水上作战网络实现联网互通，或将进一步助推水下作战整体战力的提升。