对流层散射通信在军事通信中的应用

对流层散射通信在军事通信中的应用

[定义]

对流层散射通信是利用对流层散射信道进行的通信。对流层是大气层的一个区域，其顶部位于地面上空十多公里处，并在不同的纬度地区有所不同。在中纬度地区约为10～12km，而低（高）纬度地区较高（低）些。在对流层中存在着大量随机运动的不均匀介质-空气涡流、云团等，它们的温度、湿度和压强等与周围空气不同，因此对电波的折射率也不同。当无线电波通过这种存在大量不均匀介质的对流层时，电波将受到折射、散射和反射。电波再辐射的方向是不均匀的，其大部分能量在电波通过的方向及其附近，而对流层散射通信系统的接收天线接收到的信号，是收/发天线波束相交部分散射体内介质的前向散射信号之和。对流层散射通信也是一种超视距通信，其单跳通信与传输速率、发射功率及天线口径有关，跨距可达几百至上千公里。

对流层散射信道存在电波多径传播现象。由于多径传播引起的衰落都是所谓快衰落。实际上，在对流层散射信道上，除快衰落之外，信号电平中值（或均方根值）都存在有较长的慢起伏，称为慢衰落。对流层散射信道中，由于气象条件的有规律变化(昼夜、季节变化)和随机变化（如气流运动、大气风的影响等），造成了接收信号"短时"平均功率或"短时"中值电平的缓慢起伏而形成的慢衰落。因此，一般情况下对流层散射信道是由快衰落和慢衰落这两种信道组成。

对流层散射信道具有以下特点：

1)抗核爆炸能力强：该特点是散射通信独具的，在现代战争核爆炸环境中，散射通信不但不受影响，反而通信质量会更好，只要散射通信设备不炸毁，通信业务就不会中断。所以用散射通信在现代战争中实施通信指挥能满足现代战争的需求。

2)通信保密好：散射通信采用方向性很强的抛物面天线，空间电波不易被截获，也不易被干扰；采用数字信号加密时，即使能截获也不易破密，这两点在战时是十分重要的。

3)通信容量大：对流层散射通信的通信容量比视距微波通信小，但比卫星通信和短波大。目前国外的散射通信的传信率最高达8Mb/s。

4)通信距离较远：单跳通信距离比卫星通信小，比视距微波通信的要大，固定站对流层散射通信设备采用大口径抛物面天线及大功率的放大器，通信距离（单跳）可达几百公里。

5)机动性好：对于高山、峡谷地、中小山区、从林、沙漠、沼泽地、岸-岛等中间不适宜建微波接力站地段，可使用移动散射通信设备进行通信，设备的架设和撤收都很快，可快速的将设备移动到指定位置。

[相关技术]地面传输；超视距通信

[技术难点]

为了满足现代通信中高机动性、抗干扰性、抗毁性、低截获概率的需要，以及满足跨越海峡、湖泊、高山和沙漠等特殊地形的需要，要着力解决以下关键技术问题：

(1)自适应均衡技术：包括变参信道、自适应均衡技术、失真自适应技术等。采用自适应均衡技术之后可以消除码间干扰提高传输码速，可以在不加设备量的前提下额外取得隐频率分集增益以及对频率选择性衰落可对敌方电子干扰提供干扰保护，提高对各种干扰威胁的适应能力。美军在海湾战争中使用的AN/TRC-170就采用了失真自接收技术。

(2)变参信道差错控制技术：变参信道要高质量传数据就必须采取一些诸如高效级边扩散卷积码、交织矩阵等抗衰落、抗大片突发误码的技术措施才能使变参信道的RER从1×10-3被纠到1×10-6，满足散射信道传数据的要求。

(3)变参信道的分集接收技术：为了保障散射通信数据传输质量，分集重数一般应≥4重。分集有显分集与隐分集。空间分集和频率分集等显分集对要求机动的地域网应用有一定局限，因此要研究能减少接收天线数量的角分集技术及不增加设备的的隐分集以及其它分集技术。

[国外概况]

对流层散射通信作为一种通信手段付诸使用在国外已有三十多年的历史。对流层散射通信的发展大体分四个阶段：六十年代中期以前，在此期间对散射传播机理进行了大量研究，并研制出模拟散射设备，建立了大量的模拟散射通信线路。七十年代到七十年代中期，数字对流层散射通信技术发展较快。主要研究适合于散射信道传输的调制解调技术、编解码技术、分级合并技术、失真自适应技术及装车技术，并在高可靠性、实用性上取得了明显进行展。七十年代后期至八十年代初期美、英、法、苏等国相继研制出一些数字对流层散射通信设备，并建立了许多模拟和数字散射通信线路。自八十年代初期至今，美、英、法、前苏联一直保持在对流层散射通信技术领域的领先地位。美国研制的对流层散射通设备有20多个型号，法国有10多个型号，前苏联、英国、意大利等国也都有多种对流层散射通信设备。

美国Raytheon和Unisys公司研制的AN/TRC-170数字对流层散射通信设备代表了国际领先水平。AN/TRC-170数字对流层散射无线电通信设备由两种类型组成：V2和V3。这两类终端是为战术野战通信而设计的，可建立视距、绕射和对流层散射多信道通信链路；最远通信距离达250km。AN/TRC-170的V2型装在S-280方舱内，使用两副2～9m的抛物面天线和2kW的功率放大器，采用4重空间和频率分集；V3型装在S-250方舱内，采用双重空间分集、抛物面天线和一个2kW功率放大器。每一部终端包括空间分集工作的双天线、无线电台、多路复用设备和勤务线/勤务信道。两类设备都符合战术部署军事规范要求。无线终端是方舱式，可在其运载车内工作，一般不必准备站址，最快在1小时内就可开通使用。AN/TRC-170原来是为美军三军联合战术（TRI-TAC）系统而设计的。现在研制了多路复用附加设备，所以也与NATO、EUROCOM、CEPT30+2 PCM和北美DSI PCM配套，以多种速率工作。目前，AN/TRC-170按照TRI-TAC 系统体系结构，为C3系统提供大容量干线和链路，该系统替代老式24路模拟对流层散射通信终端，如AN/TRC-97、AN/TRC-113和AN/TRC-123。目前，共生产了324套终端。工作频率为4.4～5.0GHz；天线尺寸1.8～2.9m抛物面天线；传输方式采用V2-4重空间和频率分集及V3-双重空间分集；输出功率为2kW；通信距离可达250km。

法国Alcatel公司生产的TFH950S数字式移动对流层散射通信设备是新一代数字式对流层散射通信或视距通信设备。该设备具有抗干扰能力，符合法陆军环境要求，可装在方舱内用轻型车辆载运。该设备采用模块化设计，可在350km范围内以不同的传输功率电平建立2～6重分集链路。TFH950S由一部收发信机（D2或D3操作）和一部功率放大器（固态行波管或速调管）组成。两种收发信机按标准机架连接可组成D4或D6终端。这使全部基带模块增加一倍，在基带发生故障的情况下，自动转换装置保持高度分集，还可遥控。该设备的工作方式采用

2DPSK（差分相移键控）；频率范围为1.7～2.1和4.4～5.0GHz；波道数在1.7～2.1GHz或4.4～5.5GHz为4800；数据率256、512、1024、2048kb/s可选；输出功率在1.7～2.1GHz为0.1～0.8W (加功率放大器为50～1500W)和在4.4～5.0 GHz为0.5W (加功率放大器为10/100或1000W)；电源采用220V AC或48V DC；工作温度为-10～+55℃；贮存温度为-40～+70℃；相对湿度为95%(+55℃)；体积(D3)是 440(高)×560(宽)×540(深)mm；重量为37kg。