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华夏经纬网   2019-11-06 14:09:18   
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    不同于民用领域,在軍事领域,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。这种軍事通信方式,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軍事通信领域发挥着重要的作用。

  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産生了好奇。究竟何爲對流層散射通信技術?其“三抗”能力爲何如此之強?它的技術原理又是什麽?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幹擾

  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,信號抗幹擾的秘密在于,它特殊的傳播路徑。

  “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,由于軍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。

  “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並接收回波,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、雲團等不均勻介質時,會向四面八方散射,最長散射距離可達300公裏到1000公裏。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。

  成为各大軍事强国的“标配”

  “在第二次世界大戰前,相關科研人員就已發現了這種能‘沖上雲霄’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後,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,並被廣泛研究。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。

  记者通过查阅資料发现,散射通信技术自诞生之日起,便成为各大軍事强国的“标配”。

  在軍事领域,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,美軍建成全世界第一條全長2600公裏的AN/TRC-170散射通信系統,該系統成爲美軍戰略通信的重要組成部分。1985年,蘇聯建成東西長1200公裏、南北長800公裏的以散射通信爲主幹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、法等欧洲軍事强国也不示弱。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。

  可用頻段寬但信號衰減嚴重

  “美国、英国等軍事强国,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。

  “可用頻段寬,可選的頻率範圍就很大,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‘汙染’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,也正因爲在傳輸過程中,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

  作为軍事通信利器,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”。

  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,同樣具有較強抗幹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。”江濤認爲,更爲重要的是,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,在海上能源平台、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。

  科技日报 张 蕴

 

責任編輯:胡光曲

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