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  • 科技前沿丨短波通信:戰場通信的保底手段

    來源:解放軍報作者:朱衛星 馮 浩 李 豹責任編輯:葉夢圓2022-07-15 07:18

    摘要:有這樣一種通信手段,能夠在通信癱瘓時迅速重建戰場指揮通信網絡,它就是短波通信。

    陸軍工程大學指揮控制學院廖湘琳副教授為您講述——

    短波通信:戰場通信的保底手段

    ■朱衛星 馮 浩 李 豹

    ●它依賴“永不消逝的電磁波”進行通信

    ●它通信距離遠、使用靈活方便、應用廣泛

    ●它經過智能化加持,發展前景更加廣闊

    短波通信傳播方式示意圖。

    在1986年的錫德拉灣海戰中,美軍率先摧毀了利比亞軍隊的指揮控制中心及通信設施,使得其陷入被動挨打的境地;在俄軍對敘利亞展開軍事行動期間,極端組織“伊斯蘭國”和反政府武裝的通信網絡因受到俄軍電磁壓制、信號屏蔽而被破壞,面對空襲無計可施……由此可以看出,現代戰爭中,如果通信“陣地”失守,結局往往難逃一敗。

    有這樣一種通信手段,能夠在通信癱瘓時迅速重建戰場指揮通信網絡,它就是短波通信。

    短波通信,是指利用頻率為3兆赫~30兆赫的電磁波進行的通信。它具有通信距離遠、開通迅速、機動靈活、網絡重構便捷等優點。因為不依賴于易被摧毀的固定基礎設施,短波通信成為戰場通信的保底手段。然而,隨著現代戰場電磁環境日趨復雜,短波通信的效能發揮受到的制約越來越大。因此,短波通信又成了很多國家想解決卻又難以解決的難題。

    獨一無二的通信方式

    1921年,意大利羅馬一位無線電愛好者發現,利用功率僅有幾十瓦的短波電臺發出的無線電波,竟然可以被遠在丹麥哥本哈根的接收機接收。這偶然的“千里傳音”讓人們驚奇地發現:原來功率如此小的電臺竟可以傳播那么遠。從此,短波通信“一炮走紅”。

    短波通信主要通過地波和天波兩種方式進行通信傳播。其中,地波是指沿地面進行傳播的無線電波,而天波則是無線電波發射到空中經高空電離層反射回地面的方式。

    飛檐走壁,身手敏捷——地波具備獨特的“繞射”能力。和在高空放置通信中繼才能繞過障礙通信的超短波不同,在地波傳播過程中,短波可以直接繞過障礙物進行傳播。

    上天入地,高飛遠傳——天波無需通信中繼保障,傳播距離極遠。因為短波獨特的頻率特性,它無法穿透電離層。地球高空的電離層就像是一面可以反射電磁波的鏡子,短波會在發射后經電離層反射回地面。此時,地面即可接收到反射而來的無線電波信號,從而實現異地長距離通信。因此,這個被稱為“高空魔鏡”的“中繼系統”——電離層,便成為短波通信永久的天然通信中繼站。人們無需任何通信中繼和通信基礎設施保障,僅靠幾部短波電臺,就可利用短波通信迅速建立戰場機動通信網絡。另外,短波能夠在地面與電離層之間實現多次反射,這也使得其通信距離能夠達到幾千公里,甚至能夠實現全球通信。

    短波通信技術所具備的獨特優勢,常被用來解決復雜戰場環境下的通信難題。海灣戰爭中,美軍由于各作戰分隊間距離較遠,超短波通信范圍被限制在40公里之內,無法滿足戰術通信網覆蓋半徑達300公里的需求。因此,多國指揮官在戰術通信中優先使用短波通信作為戰場戰術中遠程通信的主要手段。而由于作戰地域多為沙漠,沙粒吸收地波現象嚴重,特種部隊在深入沙漠腹地執行軍事任務時,更青睞于可以通過天波傳輸的短波通信。

    在現代高技術信息化戰爭中,信息的互聯互通能力是指揮作戰的必要條件。由于電離層具有不被摧毀的特性,當己方的通信衛星、通信臺站以及其他通信方式在戰時被敵方摧毀時,短波通信電臺可作為保底手段重建作戰指揮通信網,避免戰場通信中斷,這也是許多國家不遺余力發展短波通信技術的原因。

    短波通信從誕生以來,也曾因戰爭形態與武器裝備的發展變化而受到冷落。然而,一次又一次的實戰檢驗讓世界各國意識到,短波通信在戰場上依然必不可少。

    “傳令有阻”的通信痛點

    盡管短波通信技術已經發展了一個多世紀,許多通信難題仍亟待解決。

    其中,短波通信頻帶窄、容量小是“硬傷”。短波通信的實際使用頻率在1.5兆赫到30兆赫之間,這意味著整個短波頻段可利用的頻率范圍只有28.5兆赫,通信空間十分擁擠。短波通信的頻帶寬度只有3千赫,很大程度上限制了短波通信的容量和數據傳輸速率。

    同時,短波通信容易中斷。電離層是一個時時刻刻都在變化的傳輸媒質。當其密度較低而短波頻率較高時,就可能會導致電磁波穿透電離層;反之,電磁波就有可能被電離層完全吸收,從而造成短波通信的中斷。另外,在戰場環境下,高速機動的通信平臺隨著其自身地理位置的不斷改變,其通信頻窗也會隨之發生改變,影響通信質量。

    短波通信過程也常常會受到電磁干擾。在自然界中,強烈的太陽耀斑活動會產生磁暴干擾,大氣中雷電帶來的突發性脈沖干擾也會擾亂電離層,對短波通信產生影響。同時,人類社會中存在著的各種電氣設備和電力網產生的電磁背景噪聲、現代戰場環境中敵我雙方使用的各種類型電子設備與有意無意的電磁干擾等交相混雜,都會給正常的短波通信造成極大的困難。

    不僅如此,由于制信息權作為現代戰場的核心制權,使得短波通信常常受制于軍事斗爭。2019年,俄軍就曾針對北約國家頻頻研發短波通信裝備的一系列動作,在加里寧格勒州部署了“摩爾曼斯克-BN”短波通信干擾系統——這直接影響到了東歐、中歐和波羅的海地區的北約艦船、飛機以及地面軍事部門之間的短波通信信號。如今,圍繞電磁領域這一無形戰場的“明爭暗斗”,在世界范圍內,尤其是通信技術較為發達的國家之間幾乎成為常態。因此,短波通信雖然有著無可比擬的優勢,但也同樣面臨著嚴峻的挑戰。

    能否解決好短波通信的通信難點,在一定程度上決定了其作為作戰指揮通信的“底牌”能否充分發揮效能,影響甚至決定著戰爭的勝敗走向。如果戰時出現嚴重電磁干擾,短波通信極有可能成為唯一的指揮通信手段,所以在復雜電磁環境下如何解決短波通信的通聯難題,成了各國研究軍事通信的重點。

    讓短波通信搭上智能化快車

    未來戰爭中,戰場信息數據急劇增加。傳統的短波通信業務中,話、報、點對點數據已經不能適應信息化智能化戰場的應用需求。所以,短波通信的發展也要搭上智能化快車。

    如今,新技術的應用,讓短波通信不少難題得以解決。比如,利用自適應通信技術,可以自主選擇同組可通信頻率中最好的頻率;運用自主選頻技術,可以自動搜索選擇能用的通信頻率,然后建立通信鏈路;通過數字信號處理等技術,實現短波語音數字化通信,以改善通信效果,提高短波通信的通信容量和通信速率……

    新的時代背景下,短波通信也不再“孤軍奮戰”。許多國家致力于將短波通信與有線光纜通信、衛星通信和超短波通信等通信手段相融合,構建綜合一體的戰場通信組網體系。通過與其他通信方式進行高效組網,保證多種通信手段的互聯互通與無縫銜接,達到通信區域的全方位覆蓋,進一步保障通信安全。

    如今,許多國家已然在短波通信設備智能化的道路上開始自己的探索。澳大利亞研制出一款HF-90H超小型跳頻短波電臺,為了克服短波信道可被某些固定電臺強信號干擾以及多徑衰落導致的短波環境差的問題,采用了智能邊帶跳頻技術。在夜晚條件下,它可以使整個通信網自動規避干擾信號的信道,調整到“干凈”的信道區,最終使得有用信號變得清晰明顯。作為已知同類中體積最小、功率最大、功能最全的短波電臺,該設備保密及抗干擾能力強,從通信的安全性、傳輸穩定性、保密性角度來看,對作戰效能提升有很大的幫助。

    或許在不久的將來,我們將會看到一種能夠根據戰場態勢靈活選擇通信方式的高度集成的智能化模塊化通信平臺:它攜帶更加方便,可在作戰地域靈活部署,能夠快速組建起高效暢通的作戰指揮網絡,建立或恢復戰場上己方指揮通信能力,為最終贏得軍事行動的勝利提供堅強保證。

    圖片制作:賈立龍

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