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。

随着经济的发展和现代化战争，特别是核战争的需要，对流层散射通信将成为为数不多的通信手段之一。

散射通信设备在现代电子战争中的应用势必越来越广泛，为了进一步提高散射通信在今后应用的完善性，应着重研究如下技术：
1)大力发展自适应中容量、传输速率为2Mb/s的散射通信技术；
2)扩展工作频段，扩大通信容量，增加单跳通信距离，提高通信的抗干扰能力和隐蔽性；
3)散射通信设备的通用化、标准化、小型化、智能化；
4)发展高分级重数接收技术、失真自适应接收技术、自适应均衡技术等。

[影响]
在民用通信领域，散射通信可广泛用于电力管理、石油、采矿、水利等各种工业部门作为指挥、调度等，也可用于森林防火、抢险救灾、应急通信系统，发挥着重要的作用。

日本NEC公司为利比亚撒哈拉沙漠地区研制了对流层散射电视传输线路，该系统采用27
米大口径天线八重分集接收，中频相加，发射功率为20kW，容量为一路黑白电视和125路话，系统有两跳组成，全长为557km。

横贯澳大利亚的散射通信系统是跨越草原的散射线路，该系统三条全长640km，其射频频率为2.4～2.7 GHz,发射功率为1kW, 天线为10和米20米，容量为120路话。

加拿大水电部建成的一条拉布拉半岛到魁北克通信线路采用了对流层散射，天线为18米，容量为120路，四重分集工作。

英国的北海油田广泛采用散射通信作为平台至岸的通信手段，到目前为止，英国马克尼公司以为北海公司建成21条对流层散射电路，其工作频率为1.7～2.7 GHz，发射功率为1kW，天线采用两付18米或12米的双偏置抛物面广告牌天线。

目前，我国已有十几条散射通信链路投入使用，创造了可观的经济效益和社会效益，充分显示出散射通信的经济性、实用性、有效性和可靠性。

在军事方面，美国、前苏联、法国和英国等军事大国充分利用着对流层散射通信。

在美国除了国防战略通信系统中早就采用了不少对流层散射通信线路外，对流层散射通信已成为美国全球战略通信网的重要组成部分，主要用于跨越极区、海峡、湖泊、高山、沙漠等特殊地形进行通信。

另外，在远程预警网中应用甚广。

在战术网中，对流层散射通信主要用于三军联合战术通信网（配备于集团军、旅级指挥机关）和保障战区的指挥通信网中。

在海湾战争中，有100多套AN/TRC-170对流层散射机用于"沙漠风暴"行动中，仅美国空军就使用了39条对流层散射链路，全长约为3000km。

这是对流层散射机在海湾通信的一次最大的部署。

前苏联以对流层散射通信做为军事通信网的主干线传输方式并辅以微波接力等多种手段的组网方式是鲜为人知的，单跳通信距离1000km时的链路一般使用卫星通信，单跳通信距离在30km以下的链路视距微波接力，而在两者之间的，尤其是通信距离在100～300km之间的通信链路一般采用散射通信。

正是出于这种考虑，前苏联在其组建的许多军事通信网中都大量应用散射通信做为组网的干线传输手段。

"雪豹"网就是前苏联大规模应用散射通信方式组建通信网的例证。

"雪豹"网组网所用的散射通信设备主要采用前苏联的P-147及P-420，其工作4.4～4.75GHz，容量为30～60路话，有两条散射链路跨越罗马尼亚国土，其单跳通信距离达320～380km。

法国的"阿尔卡特"公司又推出先进的179型战术对流层散射站；"北约"的战略通信网-综合通信系统NICS中采用了大量的对流层散射通信设备，欧洲盟军司令部高级指挥控制系统（ACE Ｈigh）由49条对流层散射线路和差不多数量的微波接力设备所组成，散射通信已成为该系统地面主干线路。

此外，对流层散射通信在多平台综合电子战系统、电子自动化指挥系统、国土防空通信系统、火控系统、陆、海、空C3I系统、炮兵机动指挥系统、快速反应部队、应急通信等军事领
域有广泛的应用前景。

国外一些军事家断言，在现代战争情况下，作为战略通信网和战术通信
网中的主要传输手段，对流层散射通信具有建站快、抗毁性强、机动性好、适应复杂地形能力
强等特有特点，是其它通信手段无法取代的。

参考文献：
1、AN/TRC-170(V)tactical digital tropospheric scatter radio, Jane's MILITARY COMMUNICATIONS,1999-2000，P196
2、常迎春，"对流层散射通信在军事通信中的应用"，《通信技术与发展》，1997，p21-24
3、甘国天，"迅速发展的对流层散射通信"，《通信技术与发展》，1997，（3），p15-20
4、李惠燕，"外军散射通信设备概览"，《通信技术与发展》，1997，（3），p25-28
5、何非常等编著，"军事通信-现代战争的神经网络"，国防工业出版社，2000。