摩尔斯电码

摩尔斯电码(Morse code)，别名摩斯密码，是一种远距离通信的编码形式，^[8]用于将文本编码为两种不同持续时间的字符信号，即“点”和“划”，并利用电键通断进行发送。^[9]1837年，美国的塞缪尔·摩尔斯(Samuel Morse)的助手阿尔弗雷德·韦尔(Alfred Vail)发明了摩尔斯电码，后以摩尔斯的名字命名，韦尔进行扩展，形成了最初的“美式摩尔斯电码”。^[1][2]

摩尔斯电码由点字符(·）和划字符(—)及字符间的间隔组成，通过电报机的电键控制开关通断发送不同长度的文本消息。点持续时间是摩尔斯电码传输中时间测量的基本单位，划的持续时间是点持续时间的三倍。字符中的每个点或划后的信号缺失期，称为间隔，等于一个点持续时间。字母间的间隔等于三个点持续时间，单词间的间隔等于七个点持续时间。^[2]

1848年，德国工程师弗里德里希·克莱门斯·格克(Friedrich Clemens Gerke)对摩尔斯电码进行简化，1865年国际电信联盟(ITU)将修改后的摩尔斯电码统一命名“国际摩尔斯电码”，为全世界通用。^[10]摩尔斯电码最初的通信系统需要通过线路传输，^[11]19世纪末马可尼(Guglielmo Marconi)发明了无线电电报设备，^[12]使它可以通过电离层反射机理以无线电波形式发送。^[8][13]1997年摩尔斯电码正式退出世界军用历史舞台，1999年它又从国际海事通讯系统中退出，彻底退出了历史舞台，国际摩尔斯电码主要用于业余电台。^[14]摩尔斯密码有着编码简单、设备便携、传输距离远的特点^[7]，虽然在日常生活中摩尔斯电码已逐渐退出，仅为无线电爱好者所用，但因其特殊的不可替代性，在航空^[15]、航海^[16]、军事^[16][17]等领域，仍被广泛应用。随着科技的发展，摩尔斯电码正在朝着自动接收和深度学习方向发展。^[7]

19世纪初，欧洲电磁学研究迈入一个高速发展的阶段，电磁学理论的发展带来了第二次全球性的技术革命，人类社会由此进入电力、电气、电子时代。电力提供了新型能源，电气化推动了国民经济的发展，电子诱发了电报、电话和无线电等通信方式的出现。^[18]

1832年，摩尔斯在前往纽约的邮船上受安培电磁实验的启发，萌发了利用电流通信的想法，^[19]航行中形成了摩尔斯电码的雏形。^[20]回到美国的摩尔斯与伦纳德·盖尔(Leonard Gale)和韦尔合作进行电报开发，盖尔和摩尔斯进行电池和电磁设备的研发，两人各有一半的贡献。1835年韦尔协助摩尔斯在实验室架设了第一台有线电报机。^[21][22]1837年，摩尔斯试制出第一架电磁式电报机，它利用电磁感应的机械作用操纵顶端装有记录头的控制棒，电脉冲通过电路引起控制棒运动，使记录头触及纸带从而在纸带上留下符号图形。^[23]同年，韦尔开发出摩尔斯电码表。^[11]

摩尔斯原本的设想是用一种特殊的电码本或词典来编码消息，发送者先从电码本中查找要发送的单词，找出这个单词对应的数字编码，然后将该编码用电报发送出去，接收者再根据收到的编码进行解码。可是他并没有相关的专业技术，所以他与韦尔签订了一个协议，让他帮助自己制作摩斯电码然后制造出更加实用的设备。随后，韦尔提出一些改进方案，包括使用电键发报，以及使用美式摩尔斯码表来替代电码本。美式摩尔斯码包含9种不同长度的短信号、长信号和空白，用来编码不同的字母、数字和符号。这种编码为字母间、单词间和句子间的间隔规定了不同长度的空白，以帮助报务员进行区分。他与摩尔斯达成一致，将这个方案也放入摩尔斯的专利中，最后形成了人们熟知的“美式摩尔斯电码”。随着电报网络在北美洲、拉丁美洲和欧洲的扩张，这种编码也随之推广开来。1838年摩尔斯和韦尔在新泽西州莫里斯敦的一幢房子里第一次面向公众演示了用美式摩尔斯码来发送消息，电报内容是“有耐心的人永远不会失败（A patient waiter is no loser）”。^[4][24]

电报还需要借助埃兹拉·康奈尔(Ezra Cornell)发明的铺设管道的机器和铜制电报线才能够发送。^[11]1844年，美国建成了从华盛顿到巴尔的摩长达64km的专用电报线路。同年5月24日，这条电报线路正式启用，摩尔斯通过这条线路向位于另一端的韦尔发送了一条著名的消息：“神行了何等大事”（What hath God wrought，出自《圣经·民数记》第23章第23条），^[25]这是世界上第一封电报。摩尔斯的成功也推动了美国电报网络的迅速发展。^[4]除了摩尔斯在进行电报开发外，英国的库克(William Cooke)也对电报机模型进行改良并与惠斯通(Charles Wheatstone)成立了电报公司。库克模式在英国占据主流，摩尔斯模式在美国迅速扩张。在有线电报时代，库克模式更直观，但到无线电报时代，摩尔斯电码更具数字化优势，最终成为国际主流。^[20]

1848年，经过德国工程师弗里德里希·克莱门斯·格克的改进，格克对原来的编码进行了简化，减少了长信号长度的种类，并为出现频率较高的字母赋予较短的编码，主要用于德国汉堡和库克斯之间的通信。他的方案于1865年在巴黎举行的国际电报大会上获得标准化，国际电信联盟将其统一命名“国际摩尔斯电码”，^[4][10]而美式摩尔斯电码已经极少有人使用了。^[14]

随着世界各国经济的发展和科学技术的进步，摩尔斯电码逐渐落后。1997年，法国海军发出一条“所有人注意，这是我们永恒沉寂前的最后一声呐喊”（CALLING all.This is our last cry before our eternal silence^[26]）的电报，这标志着摩尔斯电码正式退出世界军用历史舞台。1999年摩尔斯电码又从国际海事通讯系统中退出，彻底退出了历史舞台。国际摩尔斯电码主要用于业余电台，直到2003年，国际电信联盟还为世界各地的摩尔斯电码爱好者发业余执照。^[14]

摩尔斯电码由点字符(・)和划字符(—)，或叫“滴”(dit，或dot)和“嗒”(dah，或dash)及字符间的间隔组成。点的长度决定了发报的速度，一个点字符的长度被当作一个单位时间。^[2]

通报速率的定义为每一秒钟内能发出多少个点（划与间隔均按时间长短折合成点），记作波特。通报速率与基本时间单位的关系是：通报速率（波特）=1/基本时间单位（秒）=1/1000基本时间单位（毫秒），其与频率的换算关系为：频率（赫兹）=通报速率（波特）/2。摩尔斯电报机多以每分钟发送若干组字来计算通报速率。^[28]

摩尔斯电码的表现形式可以是电报电线中的电子脉冲，或是机械标志及视觉信号（如闪光），也可以使用一种音调平稳、时断时续的无线电信号。^[21]其使用的是一种音调平稳、时断时续的无线电信号，被称作连续波(CW)，属于短波通信的一种。短波通信主要通过电离层反射（天波）机理进行远距离传输，是历史最为悠久的无线通信方式。短波通信系统具有设备简单、使用方便、机动灵活、成本低廉、抗毁性强等优点。发射天线向高空辐射的电波，在电离层内经过连续折射而返回地面到达接收点，这种传播方式称为天波传播，优点是可以利用较小的功率实现远距离通信。但由于电离层是一种随机的、时空变化的半导电媒质，所以短波传播有较严重的衰落现象，有时还因电离层的突发急剧变化而出现通信中断现象。^[29]

点与划的不同搭配可以表示拉丁字母、数字^[注1]、特殊符号等含义。^[27]

字符长码字符长码字符长码字符代码字符代码1・— — — —2・・— — —3・・・— —4・・・・—5・・・・・6—・・・・7— —・・・8— — —・・9— — — —・0— — — — —参考资料：^[30]

字符长码字符长码字符长码字符代码À、Å—・・—・Ä、Ą、Æ・—・—Ć、Ĉ、Ç—・—・・Ch、Ĥ、Š— — — —Đ、É、Ę—・・・・È、Ł・—・・—Ĝ— —・—・Ĵ・— — —・Ń、Ñ— —・— —Ó、Ö、Ø— — —・Ś・・・—・・・Ŝ・・・—・Þ・— —・・Ü、Ŭ・・— —Ź— —・・—・Ż— —・・—参考资料：^[31]

特殊信号是将两个字母连成一个使用，省去逐个发送字母之间的间隔。^[2]

符号代码含义AA・—・—新线路AR・—・—・停止，消息结束AS・—・・・等待BT—・・・—分隔符，常用于表示此句结束K—・—邀请发射信号，向对方表示可以发送，一般跟随ARSK・・・—・—终止，联系结束SOS・・・— — —・・・求救信号-・・・—・明白-・・・・同样-・・・・・・・・错误参考资料：^[2][27]

缩写和同一符号不同，缩写保留着字元中间的间隔，它们并没有被连成一个使用。^[2]

两站之间的所有通信应以呼叫信号开始。对于呼叫，除非对所用设备类型有特别的规定，主叫站应发送：所需站的呼号（不得超过两次）、“DE”并附上自己的呼号、表示优先电报的适当业务缩写词、表示呼叫原因的标志和“K”（–·–）符号。呼叫应一直以人工发报速度进行。^[27]被叫站必须发送主叫站的呼号加上“DE”并随后附上自己的呼号以及“K”（–·–）符号给予回答。如果被叫站无法接收，须给出等待符号。如果被叫站认为等待将超过十分钟，须给出原因和可能的持续时间。当被叫站未回答时，可根据适当的时间间隔重复呼叫。^[27]分隔符“BT”(–···–)用于以下情况:报头和业务标志、各种业务标志、业务标志和地址、收报站和电文、电文和签名。^[27]除非在极度紧急的情况下，否则发送一旦开始，不得为给更高优先级的通信让位而中断。^[27]每一份电报须以交叉标记“AR”(·–·–·)结束。^[27]交叉标记并后附“K”(–·–)表示发送结束。^[27]操作结束应由发送最后电报的站表示，发送联络结束符号“SK”(···–·–)。^[27]

摩尔斯电码编码简单，容易记忆。^[34]对于不同国家、不同母语的电报员来说，只需要准备一本通用的电码译本即可，大大节省了时间和精力。^[35]收发设备便于携带，在可移动性方面具有绝对优势。^[7]同时摩尔斯电码所使用的短波通信相比其他通信方式还具备：覆盖与远程通信能力强、通信系统顽存性强、运用模式多样、适用范围广、通信选频要求高、用频动态性强等特点。^[29]

摩尔斯电码本身易于破译，保密性差。直接采用代码发送的文字字符称作明码，任何收到明码的电报员都可以通过电报表翻译出原文，故明码通信易造成信息泄露。^[6]因此，在摩尔斯电码的实际应用中，特别是在军事领域，要对发送内容进行加密，防止信息的泄露。^[36]另外，无线通信容量小、通信稳定性较差，电离层的变化会使信号产生衰落和失真。^[29]

任何一种能把书面字元用可变长度的信号表示的编码方式，都能称为摩尔斯电码。但这一术语逐渐演变为特指两种摩尔斯电码类型，即美式电码和国际电码。^[37]

最初的摩尔斯代码被称为美式摩尔斯电码，美式摩尔斯电码已很少使用。它使用的是不太一样的点、划以及独特地间隔来表示数字、字元以及特殊符号。这种摩尔斯电码不是通过无线电波进行传输的，而是经过电报电线传输的，主要针对地面报务员。现代摩斯电码可以从扬声器或者耳机中听到电码的音调，而美式电码只能从最早期电报机的机械发生装置或者发送电键中听到声音。^[2]

国际摩尔斯电码由格克于1848年在美式摩尔斯电码基础上进行改良，最初用于汉堡和德国库克斯之间的电报。格克改变了近一半的字母表和所有数字，为国际通用形式的代码奠定了基础。经过一些修改，国际摩尔斯电码在1865年巴黎国际电报大会上标准化，后来被国际电信联盟定为标准，为世界所通用。^[2]

除了已经绝迹的美式摩斯电码和通用的国际摩尔斯电码，还有一些非拉丁语体系的电码被各个国家应用在通信领域中。^[5][6]

1873年，法国人威基杰(S·A·Viguer)参照《康熙字典》的部首排列方法，编成了第一部汉字电码本，名为《电报新书》，后由上海电报局总办的郑观应将其改编成《中国电报新编》。^[38]

中国电报码将汉字映射到四位数代码，并使用标准摩尔斯电码将这些数字发送出去。中文电码用排字法，即采用了四位阿拉伯数字作代号，从0001到9999按四位数顺序排列，汉字先按部首，后按笔划排列，字母和符号放到电码表的最尾。但用四位数字最多表示一万个汉字、字母和符号，后来不能满足要求，又有第二字面汉字的出现。中文电码属于“无理码”，记忆困难，几乎无法熟练地掌握使用，需要电报索引目录进行译电。^[6][39]

假名

日本假名与拉丁字母（包括少数二合字母、派生拉丁字母）依照顺序逐一对应。^[41]

字符代码字符代码字符代码字符代码字符代码字符代码イ・—ロ・—・—ハ—・・・ニ—・—・ホ—・・ヘ・ト・・—・・チ・・—・リ— —・ヌ・・・・ル—・— —・ヲ・— — —ワ—・—カ・—・・ヨ— —タ—・レ— — —ソ— — —・ツ・— —・ネ— —・—ナ・—・ラ・・・ム—ウ・・—ヰ・—・・—ノ・・— —オ・—・・・ク・・・—ヤ・——マ—・・—ケ—・— —フ— —・・コ— — — —エ—・— — —テ・—・— —ア— —・— —サ—・—・—キ—・—・・ユ—・・— —メ—・・・—ミ・・—・—シ— —・—・ヱ・— —・・ヒ— —・・—モ—・・—・セ・— — —・ス— — —・—ン・—・—・゛・・゜・・— —・--------参考资料：^[41]

符号

字符代码长音“ー”・——・—断点“、”・—・—・—段落“」”・—・—・・前括弧“（”—・——・—后括弧“）”・—・・—・本文（表示为“ホレ”）—・・———更正、结束（表示为“ラタ”）・・・—・参考资料：^[41]

希腊字母的摩尔斯电码类似拉丁字母的摩尔斯电码。不同在于，增加了希腊字母“Χ”，但不采用拉丁字母的“J、U、V”。双元音的摩尔斯电码仅于旧电码表中记载，实际上并未使用，而是视为二个独立母音字母。^[5]

希腊字母拉丁字母代码希腊字母拉丁字母代码希腊字母拉丁字母代码ΑA・—ΙI・・ΡR・—・ΒB—・・・ΚK—・—ΣS・・・ΓG— —・ΛL・—・・ΤT—ΔD—・・ΜM— —ΥY—・— —ΕE・ΝN—・ΦF・・—・ΖZ— —・・ΞX—・・—ΧCH— — — —ΗH・・・・ΟO— — —ΨQ— —・—ΘC—・—・ΠP・— —・ΩW・— —双元音HYV・・・—YIJ・— — —OYU・・—OI8— — —・・EIS・・・AIÄ・—・—AYÜ・・— —EYÖ— — —・---参考资料：^[5]

西里尔字母的摩尔斯电码对应近似发音的拉丁字母的摩尔斯电码（例如西里尔字母Б对应拉丁字母B、В对应W（德语发音）、Г对应G、Д对应D，依此类推）。没有对应拉丁字母之西里尔字母则另择字母对应，例如Щ对应Q。俄语摩尔斯电码用于将西里尔字符映射到四元素代码。俄语需要2个额外的字符，“Э”和“Ъ”，它们由5个元素编码。^[5]

西里尔字母拉丁字母代码西里尔字母拉丁字母代码西里尔字母拉丁字母代码АA・—・ЛL・—・・・ХH・・・・БB—・・・・МM— —・ЦC—・—・ВW・— —・НN—・・ЧÖ— — —・Г、Ѓ、ҐG— —・・О、ӦO— — —・ШCH— — — —ДD—・・・ПP・— —・・ЩQ— —・—Е、ЁE・・РR・—・・Ъ(')、Ь(`)X—・・—ЖV・・・—・СS・・・・Ы、Ь(`)Y—・— —ЗZ— —・・・ТT—・Э(Є)É・・—・・И(І)I・・・УU・・—・ЮÜ・・— —Й、ЈJ・— — —ФF・・—・・ЯÄ・—・—К、ЌK—・—・---Ђ-—・・— —------Ї、ЉĴ・— — —・------Њ-— —・— —------ЋÇ—・—・・参考资料：^[5]

摩尔斯码因其简洁易懂，使用时间超过了160年。^[37]有线电报时代，电报公司纷纷成立，商业通信中多以新闻业和金融业为主。19世纪末，马可尼发明了无线电，^[42]摩尔斯电码开始被大规模使用。^[20]随着科技的发展，摩尔斯电码已逐渐退出通信舞台，仅为无线电爱好者所用。但因其特殊的不可替代性，在航空^[15]、航海^[16]、军事^[16][17]等领域仍存在应用。^[7]

航海：船舶航行时会使用原始的声响、灯光等视觉和听觉信号来传递和交换信息，^[14]其中摩尔斯码不仅对应船舶信号旗，^[43]也常被灯光设备用来传递特定的信息。^[44][45]

航空：摩尔斯码仍广泛用于航空中的无线电导航设备（例如VORs和NDBs）的无源识别。航空图、机场设施说明书和航空软件都提供了电台的频率和摩尔斯电码标识符。飞行员只需将摩尔斯电码标识符的声音与图表或飞行记录上的书面形式进行交叉引用即可。^[46]

随着计算机应用的普及，摩尔斯电码逐步改为由微机来控制发报软件和发报机来实现报文原文的编码和发送。然而，摩尔斯电报的接收、译码和抄收基本上还是靠人工的参与来完成。^[47]出于对报务员短缺现象的考虑，国内外学者不断探索摩尔斯电码的自动接收方案。其中，大部分是应用传统机器学习算法，在稳定且简单的电磁环境下，其接收效果较好，可以在一定程度上辅助人工，但随着信噪比的降低，算法的接收准确率衰减较严重，达不到实用要求。随着神经网络的突破性发展，摩尔斯密码正朝着深度学习方向发展。^[7]

基于卷积神经网络的摩尔斯信号检测算法：在信号的定位阶段以ICEBD盲选法，基于音频信号的时频图快速定位并截取有效信号的时频图段。在信号的分类阶段，设计了三层卷积层的CNN网络，依据时频图段判断信号类型。优点是结构简单，计算量小，既避免了人工标框，也不需要人为挑选特征来进行信号分类。与传统的盲选分类方法对比，漏选率低、分类准确、检测速度快。^[7]基于双重滤波的摩尔斯信号识别预处理算法：根据检测的目标信号频率范围，将原音频信号进行带通滤波，去除频段外的干扰，提升摩尔斯信号的信噪比，然后根据信号频点，将信号进行卡尔曼滤波，减弱频段内干扰，提高目标信号各元素在时频图中的辨识度。双重滤波算法解决了检测阶段与识别阶段的时频图分辨率互相矛盾问题以及邻频干扰带来的时频图失真问题，保证了识别工作的顺利进行。^[7]基于CCBC网络的摩尔斯信号识别算法：提取目标信号的时频图并做伪彩色增强处理，提高图像的层次性，随后通过CNN层提取按时间排序的特征序列，利用BiGRU预测每个时间点对应的字符概率，最后通过一个CTC层转录并输出最终的报文信息。CCBC网络结构简洁，参数少，以信号时频图为输入，端到端输出预测报文，避免了多个步骤带来的错误累积。与传统算法对比，在保持实时性的同时获得了更高的字符准确率与样本准确率。^[7]

1912年4月10日，英国的泰坦尼克号开始航行，4月14日，泰坦尼克号通信员因忙于修理无线电设备并处理积压的电报，在接到航线上有冰山的警告信号后，反而没有向船长通报。在电影《泰坦尼克号》之中，爱德华船长要求通信员菲利普斯发出遇难信号“CQD"以及船只位置。“CQD”是马可尼公司制定的船舶遇难信号，信号CQ（"sécu"，即法语sécurité“安全”的略称）代表呼叫沿线所有的电台，宣布警告或预警性的信息，同样在海事无线电中，“CQ”也表示对所有人的呼叫。然而，在有线电报中并不存在紧急求救信号，因此马可尼公司在“CQ”后加入了字母“D”，代表“紧急情况”（Détresse），用于紧急呼救。^[13]

但在1906年，国际无线电会议一致通过将SOS作为国际统一的求救信号，用摩尔斯电码表示为“・・・— — —・・・”，不过在会议之后，仍然有很多船只继续使用“CQD”作为求救信号，泰坦尼克号也不例外。助手布莱德想到了会议上的决议，并将这件事告诉给菲利普斯，于是菲利普斯将求救信号从“CQD”变更为“SOS”。^[13]

距离泰坦尼克号只有30千米的加州人号在多次向泰坦尼克号发送警告信号无果后关闭了无线电，没能接收到求救信号，加州人号的瞭望员也没有把泰坦尼克号发射的求救火箭当成求救信号。最先接到泰坦尼克号求救信号的是德国客船法兰克福号，但这艘船距离泰坦尼克号大约250千米远。接到求救信号并率先抵达的是卡纳德航运公司的卡帕西亚号，这艘船距离泰坦尼克号大约100千米。泰坦尼克号于1912年4月15日凌晨2点20分完全沉，卡帕西亚号抵达时，泰坦尼克号已经沉没了一个半小时以上。^[13]