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通信领域突出成就之一:散射通信

gecimao 发表于 2019-05-08 17:29 | 查看: | 回复:

  散射通信是指利用对流层及电离层中的不均匀性对电磁波产生的散射作用,进行的超视距通信。分电离层散射通信,对流层散射通信和流星余迹通信。经过散射的电波能量向多个方向发送,在超视距远方接收点的信号能量将很微弱并有衰落现象,因此在散射通信系统中需要大功率发射机、高增益天线和高灵敏度接收机,并采用分集接收方式。

  由于散射通信单跳跨距远、抗毁、抗扰和抗截获能力强,具有跨越山丘、海湾、沙漠等复杂地形进行全天候可靠通信等特点,因此在军事通信一直受到高度重视。美国、俄罗斯等国一直在持续不断的发展散射通信技术、更新散射装备,散射通信已成为各国战略、战区及战术通信网中不可或缺的重要通信手段。

  从技术的角度来看,散射通信是早期雷达技术的一个分支,因为其使用了雷达最基本的原理,也就是通过向相应的目标(大气层的对流层)发射电磁波并接收回波来确定目标的信息。在散射通信中,照射到对流层中的电磁波,在遇到湍流、气旋、云团等不均匀介质时会向着各个方向散射,这其中朝斜前方向射去的电磁波是能达到很远地方的(300-1000千米)。当远处高灵敏的接收机,将散射来的微弱电磁波接收下来,从而实现了通信。

  对散射通信来说,对流层中的介质越多通信效果自然也越好,因此通常越靠近赤道的地方上空的对流运动旺盛,对流层也相对较厚,散射通信效果越好,比如说散射通信在海南使用要比在东北性能表现更好。

  相对于依赖电离层的短波通信,对流层的散射不惧怕高空核爆。恰恰相反,核爆冲击波所引发的湍流和气旋会更活跃,给对流层散射通信更为有利。同时,散射通信也不会受到雷电、太阳黑子、极光等的影响,所以散射通信系统的抗毁性极强,传输的可靠度极高。

  对流层散射通信的容量虽然比不上卫星通信,但也要比短波通信大很多,达到16兆比特/秒。采用了方向性好的圆形抛物面天线,散射通信的发射波束很尖锐,方向性很集中,防侦听和抗干扰能力较强。

  散射通信最大的不足是其信号衰落和传输损耗太大,所以不得不采用千瓦级大功率发射机、高增益天线、高灵敏度接收机、多副发射和接收天线。这就给对散射通信设备的小型化带来巨大障碍,特别是在早期,设备的体积和功率都已经达到了恐怖的程度。图为俄罗斯境内废弃的散射通信站。

  散射通信系统主要由散射通信机、供电设备、交换机以及其它一些相应配套设备组成,其研发难度还是比较大的。目前的研制单位集中在极少数的几家中,如美国的雷锡恩、俄罗斯的莫斯科无线电以及我国的电子科技集团。图为中国电子科技集团展出的点对多点小型散射系统模型。

  散射通信系统兴起于50年代,那时卫星才刚上天不久,作为当下主流的军事通信方式的卫星通信尚无从谈起。所以美苏两极的技术较量就在散射通信、当时最为重要的军用通信领域展开。苏联和美国以散射通信系统来建立横亘本土,并与盟国相连的完整的通信链路网络,整个通信网络的跨度之长、工程之浩大都令人叹为观止。

  1955年,美国在阿拉斯加冰封的大地上开始了第一座散射通信系统的巨型天线年,美国终于从西起阿留申群岛通过加拿大北海岸地区与本土建立了包含71座巨型天线阵的“White Alice”散射通信网络。

  “White Alice”散射通信网络系统拥有3种规格的天线尺寸,分别对应不同的发射功率。其中最大的天线千瓦的超大功率发射机。这个功率,完全可以将从前面飞过的鸟杀死。

  同时期,在美国的支持下,挪威、丹麦、西德、英国、荷兰、法国、希腊和土耳其等国的沿线开始建设供欧洲盟军司令部使用的“Ace High”散射通信网络。该系统共由49个站点组成,总跨度达14000千米。除此之外,加拿大、澳大利亚、日本等国也都建立了横跨全境的大规模散射通信网络,由此可见当时各国对这一战略级通信技术的重视程度。

  苏联在60年代修建了“地平线”对流散射网络,站点自东向西横跨全境。苏联与其阵营的华约国家也采用类似方式建立了战略通信体系。而且在苏军中散射通信系统的运用比例上更高,分别占其战略与战术通信装备比重的30%和40%。与美国的一样,这些散射通信系统的巨型天线现今已多半废弛,或站点拆除或成为景点。

  随后60年代中后期,卫星通信凭借着覆盖范围广、通信容量大、传输质量好和可靠性高等诸多方面的优势迅速取代了散射通信的主导地位。但转眼进入本世纪后,对卫星的软硬干扰/杀伤手段逐渐在丰富,卫星通信的一些弊端逐步显现。

  光纤通信是军事通信方式的新起之秀,但发展之快技术上已步入了第三代,其超大的信息容量、良好的保密性和抗干扰能力,迅速取代了50年代利用散射通信技术建立的预警网络。只不过光纤通信覆盖范围有限,只能承担起主干线路传输的任务,在许多条件下还需要卫星通信以及散射通信等其他方式的承接传递。图为我国海军的新型布缆船。

  和散射通信工作方式类似的短波通信,是通过在大气层中电离层的折射来实现通信的。短波通信也曾在各国陆军和海军舰艇中曾被广泛使用,后来卫星通信的出现同样对其产生了不小冲击。只不过短波通信凭借设备简单、成本低廉、机动灵活、抗毁性强、可迅速组网等的优势重新获得重视,仍是当今远距离通信不可或缺的手段之一。只不过微波通信的数据通信速率只有2.4千比特/秒,仅相当于家庭宽带最普通上网速率的十分之一。

  而近年来得到较快发展的微波中继通信,传输容量则要比散射通信大得多,传输质最也更高。只不过微波通信作用距离近,远距离传输时需要中继站,不适宜像短波通信和散射通信那样伴随机动部队作战。所以说,较于其他军事通信方式,散射通信技术上并不落伍。虽说各有千秋,但散射通信的一些优势优点,已经在其他通信方式上实现了。

  卫星、光纤、微波等高速通信手段,设备复杂,建设周期长,维护费用高。特别是需地面中心站,一旦中心站在战时受损被毁,通信就会立刻瘫痪。而像散射通信,建设投入小、组网灵活、后期维护费用低,在通信卫星和有线传输网络被摧毁、敌方电子干扰强烈的情况下,仍可以安全可靠的完成信息的传输任务。图为苏俄装备的战术级散射通信设备。

  所以在80年代末,散射通信的使用转向以体积较小的战术级通信为主。在随后爆发的海湾战争和车臣战争中,美俄两国的散射通信设备都在战斗中发挥了重要作用。AN/TRC-170是目前美军装备的唯一散射通信装置,虽然服役时间已经较长,但也在不断升级。在海湾战争中,百余部该型散射装备投入战场,取得了良好的效果。

  利用较大的信息传输容量和适应野外条件下作战的优势,可用于国土防空、快速反应部队指挥以及应急通信等情况,例如配属空军部队是目前散射通信系统在公开资料中出现频率较高的,通过散射通信将防空系统与上级指挥中心或全军光纤网络实现了链接。

  随着科技的不断发展,军用散射通信也在不断进步,以适应现代战争的需要,主要体现在以下几个方面:装备小型化,大功率发射机、大口径天线和高山建站是传统散射通信不能回避的3个问题,但是这都是现代机动作战所不能适应的。随着天线小型化、固态功放和数字通信技术的进步,散射设备小型化已经成为可能,单兵智能化、背负式散射通信电台已经在研制之中。微波散射一体化,能够同时兼有微波传输和散射传输的功能,当通信距离为视距且无阻挡时,可采用视距微波链路;当距离超出视距或者尚未超出视距,但是中间有山丘等障碍物遮挡,可采用散射链路,用这种一体化设备组建野战通信网,可以大大增强通信网的机动性和抗毁能力。

  散射通信在国外应用现状及发展趋势(《中国新通信》2017年第11期)返回搜狐,查看更多

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