短波通信裝備保障應用問題研究*

崔曉夢 嚴 韜 楊樹春 張利波

（1.空軍預警學院 武漢 430019）（2.93253部隊 大連 116000）（3.93246部隊 長春 130000）

1 引言

短波通信設備體積小，機動性強，運行成本低，通信范圍廣，相比依托中繼設施的衛(wèi)星通信等方式，戰(zhàn)時生存能力更強，以及在特殊環(huán)境下能快速展開等特點使其在軍事通信中起到非常重要的作用［1］。隨著通信技術的發(fā)展，美國和北約國家的短波通信系統(tǒng)已經(jīng)走在了前列，并且在民用和軍事領域都廣泛應用和發(fā)展并形成了一系列短波通信系統(tǒng)標準和技術規(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和技術水平因素導致發(fā)展緩慢，短波通信裝備保障能力也隨之下降。為適應信息化作戰(zhàn)需要，加快部隊戰(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題

2.1 技術體制相對落后

當前所用短波電臺通常為第二代短波電臺，其主用技術體制為自適應通信技術和跳頻通信技術［3］。自適應通信技術采用的是頻率自適應，實際工作中自適應通信建鏈率低。跳頻通信作為短波抗干擾通信的主體技術，最高速率僅20跳/秒，且建鏈時間長。當通信距離較遠時基本建鏈不上。電臺工作中以手動選頻為主，影響通信時效。

2.2 型號多樣且兼容性差

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

3 短波通信裝備問題分析

3.1 選頻模式不能有效避開實時干擾

現(xiàn)用選頻模式不能有效避開實時干擾，導致系統(tǒng)暢通率低、建鏈時效性差。在短波通信不利要素中，干擾是影響暢通率和時效性的最根本問題。干擾主要包括自然干擾和電臺干擾。短波通信依賴電離層反射進行遠距離信號傳輸，傳輸信道具有窗口效應，某一時刻兩個電臺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，窗口頻率隨時間變化。在短波頻段內(nèi)，干擾一直存在，統(tǒng)計結果顯示，夜間只有3%～7%左右、日間只有10%～20%左右的無干擾頻點。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是決定系統(tǒng)暢通率、建鏈時效性的關鍵［4］。

現(xiàn)用的選頻模式為頻率預報模式，是以統(tǒng)計學為基礎，以電離層狀態(tài)平靜、通信雙方無任何干擾的理想狀態(tài)為參考模型，對未來某一時段可用窗口頻率的預測值［5］。這種選頻模式因無法預知通信雙方實時存在的具體干擾，這導致所選頻率往往受干擾影響，導致系統(tǒng)暢通率低、時效性差。

3.2 自適應模式不能有效規(guī)避多徑效應

影響短波通信數(shù)據(jù)可靠性的最大問題是短波多徑效應，現(xiàn)用電臺自適應模式不能有效規(guī)避多徑效應，導致數(shù)據(jù)可靠性差。多徑效應會引起數(shù)據(jù)傳輸過程中的碼間串擾和頻率衰弱，導致接收信號起伏不定，嚴重影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量［6］。根據(jù)電離層反射原理，有效解決多徑效應的辦法就是優(yōu)選最佳工作頻點。圖1描述了不同工作頻率時產(chǎn)生多徑效應情況，當工作頻率等于最佳工作頻率時，只有一條傳播路徑，無多徑效應，如圖1（a）所示；當工作頻率低于最佳工作頻率時，存在高低角射線多條傳播路徑，導致多徑效應，如圖1（b）所示；當工作頻率高于最佳工作頻率時，無反射電波，如圖1（c）所示。因此，只有選擇了某時段佳工作頻點，才能最大限度減少多徑效應。

圖1 不同工作頻率時多徑效應示意圖

現(xiàn)在短波電臺使用的是20世紀末研發(fā)的第三代自適應建鏈技術，其使用模式是，根據(jù)頻率預報的可用窗口頻率預測值，預先在電臺內(nèi)輸入一組工作頻點，一般為10個頻點，某一時刻進行通信時，電臺在預置的頻點組內(nèi)進行鏈路質(zhì)量分析嘗試建鏈。這實際上是狹義的自適應技術，在固定的頻點組內(nèi)進行鏈路質(zhì)量分析，不能實時選擇最佳工作頻點，無法有效規(guī)避多徑效應，導致數(shù)據(jù)傳輸可靠性差［7］。

4 解決短波通信裝備保障問題措施

4.1 選擇有效的工作頻率

1）依據(jù)規(guī)律選頻。一般來說，日頻高于夜頻（相差約一半）；遠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，在東西方向進行距離通信時，因為受地球自轉(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)驗選頻。在規(guī)律選頻情況下仍然不能順暢通信時，可按照經(jīng)驗變換頻率，如接近日出時，若夜頻通信效果不好，可選用較高頻率；接近日落時，若日頻通信效果不好，可選用較低頻率；在日落時，信號先逐漸增強，而后突然中斷可選用較低頻率；通信過程中信號逐漸衰弱，以致消失，可提高工作頻率；遇到磁暴時，可選用比平常低一些的頻率等等［8］。3）依據(jù)測評軟件輔助選頻?，F(xiàn)有短波電臺不具備適時進行電離層探索和自適應選頻的能力，可以根據(jù)國際發(fā)布頻率數(shù)據(jù)和國內(nèi)短波測試數(shù)據(jù)建立對應短波頻率數(shù)據(jù)庫，然后通過計算機軟件進行短波頻率預測［9］。從相關資料顯示，利用國際發(fā)布數(shù)據(jù)進行測頻取得了較好效果。

4.2 加裝頻率自主選擇設備

在現(xiàn)有短波通信裝備無法改變的情況下，另辟蹊徑，研究實時頻譜感知技術和寬帶信號高速偵聽技術，并研究如何將技術應用于頻率自主選擇設備上，通過在現(xiàn)有設備上加裝頻率自主選擇設備來改善頻點選擇差問題［10］。首先利用導航定位信息確定通信雙方的位置和距離，根據(jù)頻率預測值分時段確定可用窗口頻率范圍。在此基礎上，實時監(jiān)測本地短波噪聲，采用循環(huán)譜分析技術，將干擾信號的頻譜特征進行提取采樣，并同不存在干擾情況下的信號特征進行比對分析，檢測出受干擾頻點，并給予屏蔽。同時采用單向高速信號偵聽技術，信號分析速度達到10MHz/s，較以往信道質(zhì)量分析速度提高10倍以上，從而實現(xiàn)在“干凈”的可用窗口頻率范圍內(nèi)快速進行選頻，通過有效規(guī)避干擾，提升暢通率和建鏈時效性［11］。

4.3 融入時分碼分相結合的信道分析技術

在原有信道自適應技術基礎上，融入時分碼分相結合的信道分析技術。通過增加時分碼分結合機制對進行信道監(jiān)聽，不需在電臺內(nèi)預先設置有限數(shù)量的頻率點，可在窗口頻率范圍內(nèi)以一定的頻率間隔，自動選擇頻點進行信道質(zhì)量分析，直至選出最佳工作頻點并自動建鏈［12］。當最佳工作頻點受到干擾時，能夠利用時分碼分相結合的信道分析技術，從最佳頻點附近的頻率內(nèi)，選擇受碼間串擾影響最小的頻點建立鏈路，實現(xiàn)最大限度降低多徑效應，提升數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

5 結語

本文針對短波通信在機動作戰(zhàn)實戰(zhàn)化訓練及演習演練中存在的問題，從裝備作戰(zhàn)應用及裝備性能提升兩個方面展開研究，分析提出解決短波通信裝備保障問題的方法措施，為優(yōu)化短波通信裝備作戰(zhàn)效能，增強情報保障能力提供了參考思路。