短波通信裝備保障應(yīng)用問(wèn)題研究*

崔曉夢(mèng) 嚴(yán) 韜 楊樹(shù)春 張利波

（1.空軍預(yù)警學(xué)院 武漢 430019）（2.93253部隊(duì) 大連 116000）（3.93246部隊(duì) 長(zhǎng)春 130000）

1 引言

短波通信設(shè)備體積小，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，運(yùn)行成本低，通信范圍廣，相比依托中繼設(shè)施的衛(wèi)星通信等方式，戰(zhàn)時(shí)生存能力更強(qiáng)，以及在特殊環(huán)境下能快速展開(kāi)等特點(diǎn)使其在軍事通信中起到非常重要的作用［1］。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)和北約國(guó)家的短波通信系統(tǒng)已經(jīng)走在了前列，并且在民用和軍事領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用和發(fā)展并形成了一系列短波通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范［2］。而我軍隨著光纖、衛(wèi)星通信的高速發(fā)展，短波通信因自身特點(diǎn)和技術(shù)水平因素導(dǎo)致發(fā)展緩慢，短波通信裝備保障能力也隨之下降。為適應(yīng)信息化作戰(zhàn)需要，加快部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力生成和發(fā)展，就必須有效提升短波通信裝備保障能力。

2 短波通信裝備保障存在問(wèn)題

2.1 技術(shù)體制相對(duì)落后

當(dāng)前所用短波電臺(tái)通常為第二代短波電臺(tái)，其主用技術(shù)體制為自適應(yīng)通信技術(shù)和跳頻通信技術(shù)［3］。自適應(yīng)通信技術(shù)采用的是頻率自適應(yīng)，實(shí)際工作中自適應(yīng)通信建鏈率低。跳頻通信作為短波抗干擾通信的主體技術(shù)，最高速率僅20跳/秒，且建鏈時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)通信距離較遠(yuǎn)時(shí)基本建鏈不上。電臺(tái)工作中以手動(dòng)選頻為主，影響通信時(shí)效。

2.2 型號(hào)多樣且兼容性差

各型短波通信裝備互通兼容性差，不同通信手段之間、軍兵種部隊(duì)間協(xié)同通信難以達(dá)成。最為明顯的問(wèn)題就是接口不統(tǒng)一、通用性較差，協(xié)同作戰(zhàn)、接替作戰(zhàn)能力不足，難以適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境下情報(bào)保障需求。

3 短波通信裝備問(wèn)題分析

3.1 選頻模式不能有效避開(kāi)實(shí)時(shí)干擾

現(xiàn)用選頻模式不能有效避開(kāi)實(shí)時(shí)干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)暢通率低、建鏈時(shí)效性差。在短波通信不利要素中，干擾是影響暢通率和時(shí)效性的最根本問(wèn)題。干擾主要包括自然干擾和電臺(tái)干擾。短波通信依賴電離層反射進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸，傳輸信道具有窗口效應(yīng)，某一時(shí)刻兩個(gè)電臺(tái)之間能被電離層反射的最高可用頻率（MUF）和最低可用頻率（LUF）之間的頻率集，稱為可用窗口頻率，頻率范圍不足2兆，窗口頻率隨時(shí)間變化。在短波頻段內(nèi)，干擾一直存在，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，夜間只有3%～7%左右、日間只有10%～20%左右的無(wú)干擾頻點(diǎn)。因此，能否在很窄的可用窗口頻率范圍內(nèi)，快速找到未受干擾的頻點(diǎn)是決定系統(tǒng)暢通率、建鏈時(shí)效性的關(guān)鍵［4］。

現(xiàn)用的選頻模式為頻率預(yù)報(bào)模式，是以統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，以電離層狀態(tài)平靜、通信雙方無(wú)任何干擾的理想狀態(tài)為參考模型，對(duì)未來(lái)某一時(shí)段可用窗口頻率的預(yù)測(cè)值［5］。這種選頻模式因無(wú)法預(yù)知通信雙方實(shí)時(shí)存在的具體干擾，這導(dǎo)致所選頻率往往受干擾影響，導(dǎo)致系統(tǒng)暢通率低、時(shí)效性差。

3.2 自適應(yīng)模式不能有效規(guī)避多徑效應(yīng)

影響短波通信數(shù)據(jù)可靠性的最大問(wèn)題是短波多徑效應(yīng)，現(xiàn)用電臺(tái)自適應(yīng)模式不能有效規(guī)避多徑效應(yīng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)可靠性差。多徑效應(yīng)會(huì)引起數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的碼間串?dāng)_和頻率衰弱，導(dǎo)致接收信號(hào)起伏不定，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量［6］。根據(jù)電離層反射原理，有效解決多徑效應(yīng)的辦法就是優(yōu)選最佳工作頻點(diǎn)。圖1描述了不同工作頻率時(shí)產(chǎn)生多徑效應(yīng)情況，當(dāng)工作頻率等于最佳工作頻率時(shí)，只有一條傳播路徑，無(wú)多徑效應(yīng)，如圖1（a）所示；當(dāng)工作頻率低于最佳工作頻率時(shí)，存在高低角射線多條傳播路徑，導(dǎo)致多徑效應(yīng)，如圖1（b）所示；當(dāng)工作頻率高于最佳工作頻率時(shí)，無(wú)反射電波，如圖1（c）所示。因此，只有選擇了某時(shí)段佳工作頻點(diǎn)，才能最大限度減少多徑效應(yīng)。

圖1 不同工作頻率時(shí)多徑效應(yīng)示意圖

現(xiàn)在短波電臺(tái)使用的是20世紀(jì)末研發(fā)的第三代自適應(yīng)建鏈技術(shù)，其使用模式是，根據(jù)頻率預(yù)報(bào)的可用窗口頻率預(yù)測(cè)值，預(yù)先在電臺(tái)內(nèi)輸入一組工作頻點(diǎn)，一般為10個(gè)頻點(diǎn)，某一時(shí)刻進(jìn)行通信時(shí)，電臺(tái)在預(yù)置的頻點(diǎn)組內(nèi)進(jìn)行鏈路質(zhì)量分析嘗試建鏈。這實(shí)際上是狹義的自適應(yīng)技術(shù)，在固定的頻點(diǎn)組內(nèi)進(jìn)行鏈路質(zhì)量分析，不能實(shí)時(shí)選擇最佳工作頻點(diǎn)，無(wú)法有效規(guī)避多徑效應(yīng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸可靠性差［7］。

4 解決短波通信裝備保障問(wèn)題措施

4.1 選擇有效的工作頻率

1）依據(jù)規(guī)律選頻。一般來(lái)說(shuō)，日頻高于夜頻（相差約一半）；遠(yuǎn)距離頻率高于近距離；夏季頻率高于冬季；南方地區(qū)使用頻率高于北方等等。另外，在東西方向進(jìn)行距離通信時(shí)，因?yàn)槭艿厍蜃赞D(zhuǎn)影響，最好采用異頻收發(fā)才能取得良好通信效果。2）依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選頻。在規(guī)律選頻情況下仍然不能順暢通信時(shí)，可按照經(jīng)驗(yàn)變換頻率，如接近日出時(shí)，若夜頻通信效果不好，可選用較高頻率；接近日落時(shí)，若日頻通信效果不好，可選用較低頻率；在日落時(shí)，信號(hào)先逐漸增強(qiáng)，而后突然中斷可選用較低頻率；通信過(guò)程中信號(hào)逐漸衰弱，以致消失，可提高工作頻率；遇到磁暴時(shí)，可選用比平常低一些的頻率等等［8］。3）依據(jù)測(cè)評(píng)軟件輔助選頻。現(xiàn)有短波電臺(tái)不具備適時(shí)進(jìn)行電離層探索和自適應(yīng)選頻的能力，可以根據(jù)國(guó)際發(fā)布頻率數(shù)據(jù)和國(guó)內(nèi)短波測(cè)試數(shù)據(jù)建立對(duì)應(yīng)短波頻率數(shù)據(jù)庫(kù)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行短波頻率預(yù)測(cè)［9］。從相關(guān)資料顯示，利用國(guó)際發(fā)布數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)頻取得了較好效果。

4.2 加裝頻率自主選擇設(shè)備

在現(xiàn)有短波通信裝備無(wú)法改變的情況下，另辟蹊徑，研究實(shí)時(shí)頻譜感知技術(shù)和寬帶信號(hào)高速偵聽(tīng)技術(shù)，并研究如何將技術(shù)應(yīng)用于頻率自主選擇設(shè)備上，通過(guò)在現(xiàn)有設(shè)備上加裝頻率自主選擇設(shè)備來(lái)改善頻點(diǎn)選擇差問(wèn)題［10］。首先利用導(dǎo)航定位信息確定通信雙方的位置和距離，根據(jù)頻率預(yù)測(cè)值分時(shí)段確定可用窗口頻率范圍。在此基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)本地短波噪聲，采用循環(huán)譜分析技術(shù)，將干擾信號(hào)的頻譜特征進(jìn)行提取采樣，并同不存在干擾情況下的信號(hào)特征進(jìn)行比對(duì)分析，檢測(cè)出受干擾頻點(diǎn)，并給予屏蔽。同時(shí)采用單向高速信號(hào)偵聽(tīng)技術(shù)，信號(hào)分析速度達(dá)到10MHz/s，較以往信道質(zhì)量分析速度提高10倍以上，從而實(shí)現(xiàn)在“干凈”的可用窗口頻率范圍內(nèi)快速進(jìn)行選頻，通過(guò)有效規(guī)避干擾，提升暢通率和建鏈時(shí)效性［11］。

4.3 融入時(shí)分碼分相結(jié)合的信道分析技術(shù)

在原有信道自適應(yīng)技術(shù)基礎(chǔ)上，融入時(shí)分碼分相結(jié)合的信道分析技術(shù)。通過(guò)增加時(shí)分碼分結(jié)合機(jī)制對(duì)進(jìn)行信道監(jiān)聽(tīng)，不需在電臺(tái)內(nèi)預(yù)先設(shè)置有限數(shù)量的頻率點(diǎn)，可在窗口頻率范圍內(nèi)以一定的頻率間隔，自動(dòng)選擇頻點(diǎn)進(jìn)行信道質(zhì)量分析，直至選出最佳工作頻點(diǎn)并自動(dòng)建鏈［12］。當(dāng)最佳工作頻點(diǎn)受到干擾時(shí)，能夠利用時(shí)分碼分相結(jié)合的信道分析技術(shù)，從最佳頻點(diǎn)附近的頻率內(nèi)，選擇受碼間串?dāng)_影響最小的頻點(diǎn)建立鏈路，實(shí)現(xiàn)最大限度降低多徑效應(yīng)，提升數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)短波通信在機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練及演習(xí)演練中存在的問(wèn)題，從裝備作戰(zhàn)應(yīng)用及裝備性能提升兩個(gè)方面展開(kāi)研究，分析提出解決短波通信裝備保障問(wèn)題的方法措施，為優(yōu)化短波通信裝備作戰(zhàn)效能，增強(qiáng)情報(bào)保障能力提供了參考思路。