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冲上云霄“躲”子弹 军事通信信号这样抗干扰

  • 文章来源:科技日报
  • 文章发布时间:2019年11月06日
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  本报记者 张 蕴

  不同于民用领域,在军事领域,通信技术会面对干扰更多、更复杂的环境。于是,为满足作战需要,对流层散射通信技术问世。这种军事通信方式,以抗毁、抗干扰和抗截获(以下简称“三抗”)能力强、传播距离长等技术优势在军事通信领域发挥着重要的作用。

  美国大型国防合约商雷神公司于近日宣布,它将向美国陆军提供新的对流层散射通信系统,确保美军部队能在战争环境中具备数据通信能力。

  大洋彼岸的举动,让不少人对这一专业通信技术产生了好奇。究竟何为对流层散射通信技术?其“三抗”能力为何如此之强?它的技术原理又是什么?针对上述问题,科技日报记者采访了业内相关专家。

  特殊传播路径助其避开干扰

  华中科技大学电子信息与通信学院教授、博士生导师江涛在接受科技日报记者采访时表示,在对流层散射通信模式下,信号抗干扰的秘密在于,它特殊的传播路径。

  “平时,我们用手机打电话,载有信息的电磁波主要是在人类生活区域内‘活动’,这就不可避免会受到建筑物、特殊地形等物体的干扰。”江涛说,由于军事通信对信号要求比较高,若想实现全天候、高质量、远距离通信,就不能让电磁波在这种杂乱的环境中“游走”,要让它去更空旷的区域——距地面较远的大气层。

  “从技术角度来看,散射通信属于早期雷达技术的一个分支。其使用了雷达技术最基本的原理,向大气层中的对流层发射电磁波并接收回波,从而实现超长距离通信。”江涛解释道,在对流层散射通信中,发射到对流层中的电磁波,在遇到气旋、云团等不均匀介质时,会向四面八方散射,最长散射距离可达300公里到1000公里。位于地面的高灵敏接收机,必须接收到散射出的微弱电磁波,才算完成了一次通信任务。

  成为各大军事强国的“标配”

  “在第二次世界大战前,相关科研人员就已发现了这种能‘冲上云霄’的电磁波信号,它可被全天候监测,频率覆盖了超短波和微波频段。第二次世界大战爆发后,雷达技术被大量应用,使得该类信号多次被有关部门监测到。由此,更多人发现了这种经过对流层的电磁波。”江涛介绍道。

  “至今,散射通信技术已诞生60余年。”江涛表示,上世纪50年代初,对流层散射通信技术开始得到学界重视,并被广泛研究。1955年,世界上第一条散射通信链路建成。上世纪50年代末期,美国等国建设的多频段大型散射中继通信系统——“白爱丽丝通信系统”被投入使用。上世纪80年代,卫星通信技术得到发展,逐渐替代了对流层散射通信技术的部分功能,除高纬度同步轨道卫星覆盖不佳的地区外,1吉赫兹以下频段的对流层散射通信站开始被逐渐关闭。

  记者通过查阅资料发现,散射通信技术自诞生之日起,便成为各大军事强国的“标配”。

  在军事领域,散射通信技术的应用极广,在战时远程通信设备、数据传输设备上,都能看到它的身影。

  1955年,美军建成全世界第一条全长2600公里的AN/TRC-170散射通信系统,该系统成为美军战略通信的重要组成部分。1985年,苏联建成东西长1200公里、南北长800公里的以散射通信为主干线的扇形军用通信网“雪豹”。该通信网设有28个通信节点,节点间的信号传输主要依靠散射通信技术得以完成,其中最长的通信链路由9条散射通信线路接力而成。

  英、法等欧洲军事强国也不示弱。英国装备了最新一代的H7450战术散射通信系统,该系统可在250公里的传播距离上进行保密通信;法军也装备了TFH955、TFH960等多型机动式战术散射通信系统。

  可用频段宽但信号衰减严重

  “美国、英国等军事强国,之所以特别重视对流层散射通信技术,是因为在作战环境下,敌方难以破坏这一技术,相关通信系统随时可被架设。这一点,与对流层散射通信的技术特点有关。”江涛解释道,对流层散射通信的可用无线频段很宽,从100兆赫兹到40吉赫兹频段都可用,同时通信容量大、信道随处可得,所以它的抗干扰能力极强,可保证战时通信安全。

  “可用频段宽,可选的频率范围就很大,随便选哪一个频率进行通信都可以,这有效解决了用户过多或本地电磁环境被‘污染’带来的频段切换问题。这就好比我们去超市买苹果,如果只有1个品种,那我们就只能买它;但如果品种非常多,那我们选择的余地就会很大。”江涛说。

  此外,中国电子科技集团公司第54研究所助理工程师胡天瀛撰文表示,由于利用的是自然资源——对流层,因此该通信技术利用的传播媒介具有永久性、无需付费的特点。

  不过,对流层散射通信也有短板。

  胡天瀛称,在对流层散射通信中,大部分电磁波的能量,都是通过直射波形式传向天空,当其返回地面时,能量可能只有“上天”前的万分之一,信号在传输过程中损耗极大。

  “这一去一回,电磁波要‘跑’的距离实在太长了,而‘长途跋涉’会造成能量的大量损耗,这和人类跑步消耗热量的道理是一样的。”江涛说,也正因为在传输过程中,散射通信电磁波损耗较大、信号衰落严重,所以相关地面接收设备必须非常灵敏,能随时、迅速“捕捉”已经“疲惫不堪”的信号。

  曾经蛰伏如今应用逐渐增多

  作为军事通信利器,散射通信技术虽是标配,但却没得到大力发展,迟迟未成为“强配”。

  对此,有学者分析道,这与对流层散射通信系统相关设备投建、维护费用高有关。如果没有强大的财力及广阔的疆域,一个国家使用或运行相关系统的动力是不足的。这也导致相关市场需求较小,很多知名设备厂商都曾退出该领域。

  此外,江涛解释道,上世纪80年代,同样具有较强抗干扰能力的卫星通信技术得到快速发展,抢去了散射通信的风头;同时,由于电磁波损耗较大、信号衰落严重等瓶颈问题难被攻克,导致对流层散射通信技术发展迟缓。

  “不过,卫星通信技术也有短板,它的转发器带宽不足,而对流层散射通信的可用带宽很充足,因此它仍具有相当大的优势,尤其是在局部战争、局部冲突不断爆发的今天。”江涛认为,更为重要的是,近年来一些公司不断进行技术突破,使得与对流层散射通信技术相关的新装备接连问世,相关技术应用逐渐增多。

  “可以预见的是,这项技术未来的应用前景依旧广阔,具有被广泛应用的可能。同时,在海上能源平台、岛屿等民用通信领域,散射通信技术也有着广阔的应用前景。”江涛称。

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