不同于民用領(lǐng)域，在軍事領(lǐng)域，通信技術(shù)會面對干擾更多、更復(fù)雜的環(huán)境。于是，為滿足作戰(zhàn)需要，對流層散射通信技術(shù)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(shù)優(yōu)勢在軍事通信領(lǐng)域發(fā)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(tǒng)，確保美軍部隊能在戰(zhàn)爭環(huán)境中具備數(shù)據(jù)通信能力。
大洋彼岸的舉動，讓不少人對這一專業(yè)通信技術(shù)產(chǎn)生了好奇。究竟何為對流層散射通信技術(shù)？其“三抗”能力為何如此之強？它的技術(shù)原理又是什么？針對上述問題，科技日報記者采訪了業(yè)內(nèi)相關(guān)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(dǎo)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(qū)域內(nèi)‘活動’，這就不可避免會受到建筑物、特殊地形等物體的干擾?！苯瓭f，由于軍事通信對信號要求比較高，若想實現(xiàn)全天候、高質(zhì)量、遠距離通信，就不能讓電磁波在這種雜亂的環(huán)境中“游走”，要讓它去更空曠的區(qū)域——距地面較遠的大氣層。
“從技術(shù)角度來看，散射通信屬于早期雷達技術(shù)的一個分支。其使用了雷達技術(shù)最基本的原理，向大氣層中的對流層發(fā)射電磁波并接收回波，從而實現(xiàn)超長距離通信?！苯瓭忉尩?，在對流層散射通信中，發(fā)射到對流層中的電磁波，在遇到氣旋、云團等不均勻介質(zhì)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(wù)。
成為各大軍事強國的“標配”
“在第二次世界大戰(zhàn)前，相關(guān)科研人員就已發(fā)現(xiàn)了這種能‘沖上云霄’的電磁波信號，它可被全天候監(jiān)測，頻率覆蓋了超短波和微波頻段。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，雷達技術(shù)被大量應(yīng)用，使得該類信號多次被有關(guān)部門監(jiān)測到。由此，更多人發(fā)現(xiàn)了這種經(jīng)過對流層的電磁波。”江濤介紹道。
“至今，散射通信技術(shù)已誕生60余年?！苯瓭硎?，上世紀50年代初，對流層散射通信技術(shù)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(shè)的多頻段大型散射中繼通信系統(tǒng)——“白愛麗絲通信系統(tǒng)”被投入使用。上世紀80年代，衛(wèi)星通信技術(shù)得到發(fā)展，逐漸替代了對流層散射通信技術(shù)的部分功能，除高緯度同步軌道衛(wèi)星覆蓋不佳的地區(qū)外，1吉赫茲以下頻段的對流層散射通信站開始被逐漸關(guān)閉。
記者通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，散射通信技術(shù)自誕生之日起，便成為各大軍事強國的“標配”。
在軍事領(lǐng)域，散射通信技術(shù)的應(yīng)用極廣，在戰(zhàn)時遠程通信設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)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(tǒng)，該系統(tǒng)成為美軍戰(zhàn)略通信的重要組成部分。1985年，蘇聯(lián)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(wǎng)“雪豹”。該通信網(wǎng)設(shè)有28個通信節(jié)點，節(jié)點間的信號傳輸主要依靠散射通信技術(shù)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(zhàn)術(shù)散射通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(zhàn)術(shù)散射通信系統(tǒng)。
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(shù)，是因為在作戰(zhàn)環(huán)境下，敵方難以破壞這一技術(shù)，相關(guān)通信系統(tǒng)隨時可被架設(shè)。這一點，與對流層散射通信的技術(shù)特點有關(guān)?！苯瓭忉尩?，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(zhàn)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(huán)境被‘污染’帶來的頻段切換問題。這就好比我們?nèi)コ匈I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(shù)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?！苯瓭f，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(guān)地面接收設(shè)備必須非常靈敏，能隨時、迅速“捕捉”已經(jīng)“疲憊不堪”的信號。
曾經(jīng)蟄伏如今應(yīng)用逐漸增多
作為軍事通信利器，散射通信技術(shù)雖是標配，但卻沒得到大力發(fā)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(tǒng)相關(guān)設(shè)備投建、維護費用高有關(guān)。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(guān)系統(tǒng)的動力是不足的。這也導(dǎo)致相關(guān)市場需求較小，很多知名設(shè)備廠商都曾退出該領(lǐng)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(wèi)星通信技術(shù)得到快速發(fā)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(dǎo)致對流層散射通信技術(shù)發(fā)展遲緩。
“不過，衛(wèi)星通信技術(shù)也有短板，它的轉(zhuǎn)發(fā)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(yōu)勢，尤其是在局部戰(zhàn)爭、局部沖突不斷爆發(fā)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(shù)突破，使得與對流層散射通信技術(shù)相關(guān)的新裝備接連問世，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用逐漸增多。
“可以預(yù)見的是，這項技術(shù)未來的應(yīng)用前景依舊廣闊，具有被廣泛應(yīng)用的可能。同時，在海上能源平臺、島嶼等民用通信領(lǐng)域，散射通信技術(shù)也有著廣闊的應(yīng)用前景。”江濤稱。
本報記者 張 蘊 【編輯:田博群】
