沖上云霄“躲”子彈 軍事通信信號這樣抗干擾
2019-11-06 10:44:09      來源:科技日報

  不同于民用領域,在軍事領域,通信技術會面對干擾更多、更復雜的環境。于是,為滿足作戰需要,對流層散射通信技術問世。這種軍事通信方式,以抗毀、抗干擾和抗截獲(以下簡稱“三抗”)能力強、傳播距離長等技術優勢在軍事通信領域發揮著重要的作用。

  美國大型國防合約商雷神公司于近日宣布,它將向美國陸軍提供新的對流層散射通信系統,確保美軍部隊能在戰爭環境中具備數據通信能力。

  大洋彼岸的舉動,讓不少人對這一專業通信技術產生了好奇。究竟何為對流層散射通信技術?其“三抗”能力為何如此之強?它的技術原理又是什么?針對上述問題,科技日報記者采訪了業內相關專家。

  特殊傳播路徑助其避開干擾

  華中科技大學電子信息與通信學院教授、博士生導師江濤在接受科技日報記者采訪時表示,在對流層散射通信模式下,信號抗干擾的秘密在于,它特殊的傳播路徑。

  “平時,我們用手機打電話,載有信息的電磁波主要是在人類生活區域內‘活動’,這就不可避免會受到建筑物、特殊地形等物體的干擾。”江濤說,由于軍事通信對信號要求比較高,若想實現全天候、高質量、遠距離通信,就不能讓電磁波在這種雜亂的環境中“游走”,要讓它去更空曠的區域——距地面較遠的大氣層。

  “從技術角度來看,散射通信屬于早期雷達技術的一個分支。其使用了雷達技術最基本的原理,向大氣層中的對流層發射電磁波并接收回波,從而實現超長距離通信。”江濤解釋道,在對流層散射通信中,發射到對流層中的電磁波,在遇到氣旋、云團等不均勻介質時,會向四面八方散射,最長散射距離可達300公里到1000公里。位于地面的高靈敏接收機,必須接收到散射出的微弱電磁波,才算完成了一次通信任務。

  成為各大軍事強國的“標配”

  “在第二次世界大戰前,相關科研人員就已發現了這種能‘沖上云霄’的電磁波信號,它可被全天候監測,頻率覆蓋了超短波和微波頻段。第二次世界大戰爆發后,雷達技術被大量應用,使得該類信號多次被有關部門監測到。由此,更多人發現了這種經過對流層的電磁波。”江濤介紹道。

  “至今,散射通信技術已誕生60余年。”江濤表示,上世紀50年代初,對流層散射通信技術開始得到學界重視,并被廣泛研究。1955年,世界上第一條散射通信鏈路建成。上世紀50年代末期,美國等國建設的多頻段大型散射中繼通信系統——“白愛麗絲通信系統”被投入使用。上世紀80年代,衛星通信技術得到發展,逐漸替代了對流層散射通信技術的部分功能,除高緯度同步軌道衛星覆蓋不佳的地區外,1吉赫茲以下頻段的對流層散射通信站開始被逐漸關閉。

  記者通過查閱資料發現,散射通信技術自誕生之日起,便成為各大軍事強國的“標配”。

  在軍事領域,散射通信技術的應用極廣,在戰時遠程通信設備、數據傳輸設備上,都能看到它的身影。

  1955年,美軍建成全世界第一條全長2600公里的AN/TRC-170散射通信系統,該系統成為美軍戰略通信的重要組成部分。1985年,蘇聯建成東西長1200公里、南北長800公里的以散射通信為主干線的扇形軍用通信網“雪豹”。該通信網設有28個通信節點,節點間的信號傳輸主要依靠散射通信技術得以完成,其中最長的通信鏈路由9條散射通信線路接力而成。

  英、法等歐洲軍事強國也不示弱。英國裝備了最新一代的H7450戰術散射通信系統,該系統可在250公里的傳播距離上進行保密通信;法軍也裝備了TFH955、TFH960等多型機動式戰術散射通信系統。

  可用頻段寬但信號衰減嚴重

  “美國、英國等軍事強國,之所以特別重視對流層散射通信技術,是因為在作戰環境下,敵方難以破壞這一技術,相關通信系統隨時可被架設。這一點,與對流層散射通信的技術特點有關。”江濤解釋道,對流層散射通信的可用無線頻段很寬,從100兆赫茲到40吉赫茲頻段都可用,同時通信容量大、信道隨處可得,所以它的抗干擾能力極強,可保證戰時通信安全。

  “可用頻段寬,可選的頻率范圍就很大,隨便選哪一個頻率進行通信都可以,這有效解決了用戶過多或本地電磁環境被‘污染’帶來的頻段切換問題。這就好比我們去超市買蘋果,如果只有1個品種,那我們就只能買它;但如果品種非常多,那我們選擇的余地就會很大。”江濤說。

  此外,中國電子科技集團公司第54研究所助理工程師胡天瀛撰文表示,由于利用的是自然資源——對流層,因此該通信技術利用的傳播媒介具有永久性、無需付費的特點。

  不過,對流層散射通信也有短板。

  胡天瀛稱,在對流層散射通信中,大部分電磁波的能量,都是通過直射波形式傳向天空,當其返回地面時,能量可能只有“上天”前的萬分之一,信號在傳輸過程中損耗極大。

  “這一去一回,電磁波要‘跑’的距離實在太長了,而‘長途跋涉’會造成能量的大量損耗,這和人類跑步消耗熱量的道理是一樣的。”江濤說,也正因為在傳輸過程中,散射通信電磁波損耗較大、信號衰落嚴重,所以相關地面接收設備必須非常靈敏,能隨時、迅速“捕捉”已經“疲憊不堪”的信號。

  曾經蟄伏如今應用逐漸增多

  作為軍事通信利器,散射通信技術雖是標配,但卻沒得到大力發展,遲遲未成為“強配”。

  對此,有學者分析道,這與對流層散射通信系統相關設備投建、維護費用高有關。如果沒有強大的財力及廣闊的疆域,一個國家使用或運行相關系統的動力是不足的。這也導致相關市場需求較小,很多知名設備廠商都曾退出該領域。

  此外,江濤解釋道,上世紀80年代,同樣具有較強抗干擾能力的衛星通信技術得到快速發展,搶去了散射通信的風頭;同時,由于電磁波損耗較大、信號衰落嚴重等瓶頸問題難被攻克,導致對流層散射通信技術發展遲緩。

  “不過,衛星通信技術也有短板,它的轉發器帶寬不足,而對流層散射通信的可用帶寬很充足,因此它仍具有相當大的優勢,尤其是在局部戰爭、局部沖突不斷爆發的今天。”江濤認為,更為重要的是,近年來一些公司不斷進行技術突破,使得與對流層散射通信技術相關的新裝備接連問世,相關技術應用逐漸增多。

  “可以預見的是,這項技術未來的應用前景依舊廣闊,具有被廣泛應用的可能。同時,在海上能源平臺、島嶼等民用通信領域,散射通信技術也有著廣闊的應用前景。”江濤稱。(記者張 蘊)


編輯:上官艷君 責任編輯:勞學麗

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