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煤炭工業(yè)局通信信息中心 吳榮光

　　隨著現(xiàn)代化武器摧毀能力的迅速增強(qiáng)，近年來(lái)外軍對(duì)國(guó)防通信系統(tǒng)的抗毀問(wèn)題越來(lái)越重視。為了提高通信系統(tǒng)的抗毀能力，除了通常所采用的多手段、多途徑的辦法之外，許多國(guó)家特別提出應(yīng)建立少量“打不斷、炸不爛、繞不亂”、抗毀能力很強(qiáng)的通信系統(tǒng)來(lái)作為應(yīng)急手段。在７０年代初，美國(guó)國(guó)防部就提出了組建最低限度緊急通信網(wǎng)的計(jì)劃，該通信網(wǎng)包括四個(gè)抗毀通信系統(tǒng)。軍事地方通信系統(tǒng)就是其中之一。這是由于該系統(tǒng)的收發(fā)信設(shè)備及天線全部架設(shè)在地下坑道之內(nèi)，靠無(wú)線電波透過(guò)地層來(lái)傳遞信息，即使坑道內(nèi)的幾道密閉門全部關(guān)閉，也不影響通信，因此這種通信系統(tǒng)便具有了“與指揮機(jī)關(guān)相同的生存能力”。
　　但是要建立能穿透地下巖層進(jìn)行通信的系統(tǒng)又談何容易，其技術(shù)難點(diǎn)在于：為了提高電磁波的穿透能力，必須降低其頻率，但過(guò)低的頻率，會(huì)造成天線的效率太低，例如若采用的頻率為３０ｋＨｚ，其波長(zhǎng)即為１００００米，對(duì)于６００米長(zhǎng)的水平天線而言，其天線的電長(zhǎng)度只有０．０６，因此天線的輻射能力較弱，而且天線是架設(shè)在地下，巖層又是半導(dǎo)電介質(zhì)，對(duì)電波的吸收嚴(yán)重，所以天線的效率就更低了。其次是接收點(diǎn)的信號(hào)非常微弱。在地下通信中，電波除了要經(jīng)受比地面通信更為惡劣的傳播損耗之外，還要多經(jīng)受兩次以上的“穿透損耗”和“折射損耗”，因此接收電的信號(hào)就更加微弱，要保證可靠的通信聯(lián)絡(luò)確實(shí)是非常困難的。再加上天電干擾很嚴(yán)重，根據(jù)ＣＣＩＲ３２２報(bào)告，在華南夏夜，中長(zhǎng)波波段的天電干擾非常強(qiáng)烈，其噪聲電平的中值可達(dá)９０～１２０ｄＢ（對(duì)短波波段一般不超過(guò)５０～７０ｄＢ），如遇本地或近地區(qū)發(fā)生雷電，天電干擾表現(xiàn)為一長(zhǎng)串的強(qiáng)烈脈沖，通信就更加困難，解決這些技術(shù)難點(diǎn)的主要途徑，除了加大天線的長(zhǎng)度，并合理正確地架設(shè)，根據(jù)不同地區(qū)的自然條件和地層巖石電參數(shù)，選擇最佳的工作頻率之外，最重要的課題是如何解決對(duì)微弱信號(hào)的接收。根據(jù)信息論的基本原理，在通信系統(tǒng)中傳輸?shù)膶?duì)象是消息，消息所包含的信息數(shù)量用信息量Ｉ來(lái)衡量，消息要傳送到對(duì)方，首先必須將它變換成電信號(hào)，接收到的電信號(hào)除了具有一定的帶寬ＢＳ外，持續(xù)時(shí)間ＴＳ外，還具有一定的功率Ｐ，此外在信道中還會(huì)引入不希望的干擾功率Ｐ ，那么信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍Ｈ ，就可用下式表示：
　�。龋剑�
　　而信號(hào)的體積
　　ＶＳ＝ＨＳ·ＢＳ·ＴＳ
　　信號(hào)含量Ｗ的含義為單位信號(hào)體積所載荷的信息量：即
　�。祝�
　　從信息論的理論中得知：Ｗ 越大，系統(tǒng)的有效度就越高，但隨著Ｗ的增大，系統(tǒng)的可靠性將有降低，Ｗ的值最大等于１，若Ｗ＞１就無(wú)法進(jìn)行正確的接收，由此可見(jiàn)通信系統(tǒng)的有效度和可靠性是相互矛盾的。
　　對(duì)地下通信信道而言，由于接收點(diǎn)的信噪比很低，ＨＳ和Ｖ很小，使得Ｗ較大，所以地下通信的可靠性較差，那么如何才能減少Ｗ的值，提高通信可靠性呢？解決辦法是：一方面，選用包含信息量Ｉ較小的通信方式，例如將“話音”改為“人工報(bào)”，就可以大大壓縮傳輸?shù)男畔�。話比�?bào)的信息量要大是因?yàn)樵挷粌H可傳遞發(fā)話人要講的基本內(nèi)容，而且連說(shuō)話人的語(yǔ)調(diào)、語(yǔ)氣、音色都可以傳過(guò)去。根據(jù)ＣＣＩＲ第３３９號(hào)規(guī)定，通單邊帶話音要求信噪比為＋１２ｄＢ，而通人工報(bào)則只要求－４ｄＢ即可。另一方面，就是設(shè)法增大信號(hào)的體積Ｖ。增大信號(hào)體積的方法有：一、增大發(fā)信機(jī)的功率，使Ｐ、Ｈ增大，也就是所謂的“用功率換取可靠性”，但發(fā)信機(jī)功率往往受坑道內(nèi)的供電條件所限制，其功率也不宜過(guò)大。二、延長(zhǎng)信息的傳輸時(shí)間ＴＳ，也就是所謂的“用時(shí)間換取可靠性”。將一份報(bào)文重復(fù)發(fā)送幾遍或用低速報(bào)以增大碼元的長(zhǎng)度來(lái)提高通信的可靠性。但時(shí)間不宜延長(zhǎng)過(guò)多，否則就不能滿足軍事通信“及時(shí)性”的要求。三、增大信號(hào)帶寬ＢＳ，也就是所謂的“用頻帶換取可靠性”。例如采用多進(jìn)制移頻鍵控方法，在信息速率相同的條件下，多進(jìn)制移頻鍵控所占用的頻帶要比二進(jìn)制的寬。當(dāng)我們選用信息速率較低的慢速報(bào)進(jìn)行通信時(shí)，其信號(hào)的基帶是很窄的，因此用增大信號(hào)帶寬的方法以換取可靠性是很有潛力可挖的。四、采用脈沖噪聲處理技術(shù)，例如采用時(shí)間分集技術(shù)，即將一個(gè)碼元分成若干段，依次相隔一定時(shí)間發(fā)送，接收時(shí)只要其中一段不被干擾，就可以獲得所需的信息，同時(shí)也可用相干鎖相接收技術(shù)等方法。
　　從國(guó)外透露的資料可以看出，外軍早已將地下通信付諸于實(shí)際的軍事應(yīng)用之中。例如：６０年代初，美軍為了對(duì)付當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)的核襲擊，在“大力神”導(dǎo)彈基地及“民兵”洲際導(dǎo)彈基地，都建立了“上－越－下”傳播模式的地下通信系統(tǒng)，作為地下控制中心與發(fā)射井之間的備用線路。
　　 １９６１年，北美防空司令部決定在夏延山５００米深的花崗巖層下，建立地下綜合作戰(zhàn)指揮中心，１９６１年５月開(kāi)始動(dòng)工，為了預(yù)防核爆炸引起的震動(dòng)，全部建筑物坐落在９３７個(gè)螺旋彈簧和液壓減震器上。該指揮中心同外界的通信是通過(guò)四條電纜線路和兩條無(wú)線電線路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，此外，還有一條通過(guò)巖石和地層的甚低頻無(wú)線地下通信線路作為應(yīng)急通信之用。
　　數(shù)年前，美國(guó)Ｍ－Ｘ導(dǎo)彈的Ｃ３ 系統(tǒng)，在平時(shí)是由兩個(gè)地面控制中心通過(guò)埋地光纖網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)指揮與控制的，若地面控制中心不能工作，則此系統(tǒng)自動(dòng)地轉(zhuǎn)由機(jī)載的中頻無(wú)線電控制中心來(lái)指揮，若在被襲擊之后，地面與空中控制中心都不能工作，這時(shí)每枚生存下來(lái)的導(dǎo)彈，能利用架設(shè)在防御坑道之內(nèi)的長(zhǎng)波天線，直接接收和執(zhí)行由國(guó)家地下指揮所用ＶＬＦ和ＬＦ發(fā)送的命令，進(jìn)行核報(bào)復(fù)。
　�。保梗罚的辏翟拢�美國(guó)公布了題為“透過(guò)導(dǎo)電地層的電磁通信”的研究報(bào)告。此報(bào)告是研究與開(kāi)發(fā)協(xié)會(huì)（Ｒ＆Ｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）為國(guó)防核武器局（ＤＥＦＥＮＳＥ ＮＵＣＬＥＡＲ ＡＧＥＮＣＹ）而提出的。其研究的目的是為了解決地下核爆炸時(shí)各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由地下傳送到地面，因?yàn)樵诤吮�炸中心地區(qū)，其強(qiáng)烈的張力、壓力和剪力，會(huì)使有線電纜損壞，無(wú)法保證可靠的信息傳輸，只有借助透過(guò)地層的電磁信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。從這份報(bào)告可以看出，美國(guó)已將地下通信用于地下核爆炸試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。
　　 從這些情況可看出，外軍在地下通信的應(yīng)用情況，主要是將它設(shè)置在核導(dǎo)彈基地和重要的指揮機(jī)關(guān)及通信樞紐，作為一種抗毀的應(yīng)急通信手段。
　　對(duì)潛艇的通信，也是屬于地下通信的范疇。因?yàn)楹Ｋ�也是屬于半�?dǎo)電介質(zhì)。海水對(duì)電磁波的衰減也是很大的，當(dāng)頻率為２０千赫時(shí)，海水的傳輸衰減約為每英尺有１ｄＢ的損耗。 頻率越高，衰減越大。電波穿透海水的深度與波長(zhǎng)成正比，與頻率成反比。在頻率為１～２０千赫時(shí)，電磁波穿透海水的深度只有１５～３０米。由此可見(jiàn)，對(duì)深潛的核潛艇通信也是相當(dāng)困難的。
　　為了適應(yīng)軍用潛艇發(fā)展的需要，使?jié)撏ㄐ诺玫窖该桶l(fā)展，除了目視通信、聲納通信、無(wú)線通信之外，１９８４年又將中微子通信實(shí)際應(yīng)用在對(duì)核潛艇的通信之中。為了最大限度地減少被敵人發(fā)現(xiàn)的危險(xiǎn)，要求潛艇能長(zhǎng)期潛伏或游弋在水下，作戰(zhàn)深度距離上萬(wàn)公里以外，保持通信暢通，對(duì)此超低頻無(wú)線通信也顯得無(wú)能為力，所以中微子通信就應(yīng)運(yùn)而生。
　　１９８４年，美國(guó)西海岸某海軍基地的一艘核潛艇悄然下水，開(kāi)始了漫長(zhǎng)的環(huán)球潛行。這艘核潛艇經(jīng)過(guò)近兩周的潛航，從未露出水面，一直下潛到海域能允許的最深深度航行。核潛艇操縱臺(tái)上的大屏幕清楚地顯示出潛艇正前方、上方、下方及兩側(cè)的景象，字幕清晰地映出潛艇的所在位置、航速及深度。而在地球另一面的海軍主控室大屏幕上顯示內(nèi)容和各種數(shù)據(jù)與正潛航的核潛艇完全相同，在主控室的指揮下，潛艇完成了環(huán)球潛航。
　　中微子通信就是直接利用核反應(yīng)堆中射線束。β射線在衰變過(guò)程中能放出電子和中微子。利用微型高能質(zhì)子同步加速器，當(dāng)能量達(dá)到了５千億電子伏特時(shí)�熤形⒆邮�的速度即達(dá)到光速。只要控制中微子束的能流密度，把所有的信息，如視音頻信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)等，加載到中微子束上面，即可實(shí)現(xiàn)任意距離點(diǎn)與點(diǎn)之間，具有光通信容量的保密通信，可以雙向傳輸多路電視，音頻信號(hào)，并與計(jì)算機(jī)并網(wǎng)，對(duì)潛艇進(jìn)行遙控遙測(cè)等，將來(lái)用到無(wú)人駕駛的核潛艇上也是可能的。
　　中微子通信的解調(diào)是利用“契倫科夫效應(yīng)”進(jìn)行的。中微子束不管通過(guò)的距離多么遙遠(yuǎn)，只要在接收端通過(guò)４００米以上的水深時(shí)，便與水原子的中子發(fā)生核反應(yīng)，生成高能量的的負(fù)μ子。在水中負(fù)μ子能以接近光速的速度前進(jìn)，當(dāng)它穿越６０～７０米長(zhǎng)的距離時(shí)，產(chǎn)生“契倫科夫效應(yīng)”，即產(chǎn)生０．４～０．７μｍ連續(xù)分布可見(jiàn)光——稱為契倫科夫光。光線與負(fù)μ子的前進(jìn)方向成４１０夾角。在水中用光電信增管直接檢測(cè)可見(jiàn)光，就可以解調(diào)出發(fā)送端的全部信號(hào)，同時(shí)可進(jìn)一步精確地利用負(fù)μ子跟蹤定位發(fā)送端的方位。中微子通信具有微波和光通信的容量大、直線性和保密性的特點(diǎn)。
　　在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，多國(guó)部隊(duì)各軍兵種之間的通信聯(lián)絡(luò)，從天上的直升機(jī)、轟炸機(jī)、殲擊機(jī)到地面的坦克、裝甲車、運(yùn)兵車；從司令部、各戰(zhàn)斗分隊(duì)、從單個(gè)士兵到海軍艦船、航母編隊(duì)等，大部分采用Ｒａｃａｌ通信公司生產(chǎn)的“美洲虎”軍用跳頻電臺(tái)。
　　如今的軍用跳頻電臺(tái)已發(fā)展成窄頻帶、寬頻帶俱有，垂直跳頻設(shè)置和非垂直跳頻設(shè)置并存的多功能、高機(jī)動(dòng)性的軍用電臺(tái)。它融尖端的現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)于一體，具有很強(qiáng)的抗干擾、反竊聽(tīng)的能力。它不僅通信速度快、質(zhì)量好、容量大，而且體積小巧、適應(yīng)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高，而且它的發(fā)信裝置可根據(jù)實(shí)戰(zhàn)需要預(yù)先設(shè)置在３０～８８ＭＨｚ甚高頻段和２２５～４００ＭＨｚ超高頻段范圍內(nèi)進(jìn)行跳躍式發(fā)射信號(hào)，根據(jù)設(shè)置的程序，不斷地從一個(gè)頻率自動(dòng)跳到另一個(gè)頻率上發(fā)送信息，接收端配有高度同步裝置，使它能自動(dòng)跟蹤發(fā)信端的頻率變化，同步調(diào)頻接收。要真正地做到同步，必須達(dá)到收發(fā)雙方的調(diào)頻頻率相同，跳頻的序列相同，跳頻的時(shí)鐘相同。三者缺一不可。
　　從９０年代以來(lái)，國(guó)外某些國(guó)家也陸續(xù)研制出一些新的軍用移動(dòng)通信系統(tǒng)，如法國(guó)的ＡＬＣＡ－ＴＥＬⅢ、意大利的ＳＯＴＲＩＮ和德國(guó)、荷蘭聯(lián)合研制的ＳＣＲＡ等，它們都具備了較強(qiáng)的抗干擾能力，在系統(tǒng)體制、功能、工作方式等方面都有相似之處。其技術(shù)特點(diǎn)介紹如下：
　�。保�它們都采用全頻段跳頻體制，時(shí)分雙工方式，其頻段范圍為３３～８８ＭＨｚ。采用這種跳頻（或跳頻加直擴(kuò)）體制具備的抗干擾能力已經(jīng)過(guò)實(shí)踐考驗(yàn)，如美國(guó)應(yīng)用多年的ＳＩＮＧＡＲＳ網(wǎng)。在雙工方式下，為了得到盡可能大的擴(kuò)頻處理增益千萬(wàn)不要采用頻分雙工方式，因?yàn)樵摲绞匠�了需要�(jiǎng)澐质瞻l(fā)頻段外，還需要留出額外的保護(hù)頻帶，這就浪費(fèi)了寶貴的頻率資源。但時(shí)分雙工方式可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，它既可以充分地利用頻率資源、提高抗干擾能力，又給系統(tǒng)的電磁兼容性帶來(lái)好處�？垢蓴_能力與跳頻的速度有關(guān)，目前只能做到每秒１００～５００跳�，F(xiàn)在已研制出１０００跳／秒的跳頻電臺(tái)。只有跳頻速率達(dá)到５０００跳／秒時(shí)，才能擺脫跟蹤式干擾機(jī)的干擾。
　　２．這些系統(tǒng)都能提供８條可用的無(wú)線電信道。該系統(tǒng)可以做到，彼此相距近的移動(dòng)用戶通信時(shí)，可以不必通過(guò)系統(tǒng)中心臺(tái)轉(zhuǎn)接而直通。這個(gè)特點(diǎn)可大大減輕中心臺(tái)８?jìng)�(gè)信道的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的利用率。經(jīng)計(jì)算表明：若８?jìng)�(gè)信道都工作，有２４個(gè)移動(dòng)用戶，每個(gè)用戶的業(yè)務(wù)密度為０．２愛(ài)爾蘭時(shí)，呼叫的成功率高于９５％。但系統(tǒng)的控制就相當(dāng)復(fù)雜。因此，能直通的移動(dòng)用戶就不要去占用信道。
　�。常�采用共路信令與隨路信令相結(jié)合的方式。即在共路信令信道上采用隨機(jī)接入的控制協(xié)議，為移動(dòng)用戶提供呼叫申請(qǐng)信道，當(dāng)中心臺(tái)接收到申請(qǐng)信息后，即可為移動(dòng)用戶分配一個(gè)業(yè)務(wù)信道，其后續(xù)的信令方式過(guò)程均可在業(yè)務(wù)信道上，以ＣＰＣ碼的共路信令的方式進(jìn)行傳輸，直到通話結(jié)束。這就將共路信令的高效率和隨路信令的高可靠性結(jié)合起來(lái)。既能為眾多移動(dòng)用戶提供可控的接入通道，又能保證整個(gè)信令接續(xù)過(guò)程的可靠傳輸。
　�。矗�德荷聯(lián)合研制的ＳＣＲＡ。它的多路合路方式的特點(diǎn)是將系統(tǒng)覆蓋頻段劃分為８?jìng)�(gè)子頻段，按順序依次為Ｆ１、Ｆ２……Ｆ８。整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)由信道機(jī)（小信號(hào)）、射頻開(kāi)關(guān)矩陣、濾波器、功放單元及多路愈合器和天饋系統(tǒng)組成。系統(tǒng)中８?jìng)�(gè)信道機(jī)射頻輸出都是小信號(hào)的，且覆蓋整個(gè)工作頻段。當(dāng)信道機(jī)在Ｆ１工作時(shí)，控制開(kāi)關(guān)矩陣將信號(hào)輸入Ｆ１通道，其它信道的工作與此相似，都由開(kāi)關(guān)矩陣控制，由此實(shí)現(xiàn)８?jìng)�(gè)信道共用兩副天線。這種共用方式的優(yōu)點(diǎn)：第一，由于劃分８?jìng)�(gè)子頻段，功放模塊制作容易，匹配問(wèn)題較好解決；第二，通過(guò)帶通濾波器，多路共用器的隔離度指標(biāo)可以做得很高；第三，射頻開(kāi)關(guān)矩陣在功放前容易實(shí)現(xiàn)，而且開(kāi)關(guān)的換損不影響系統(tǒng)性能；第四，通道擴(kuò)展容易，便于信道從８路增至１２路、１６路等，都可用相同的原理，實(shí)現(xiàn)共用兩副天線，而且不會(huì)明顯增加合路損耗。這些都是值得我們借鑒的。能質(zhì)子同步加速器，當(dāng)能量達(dá)到了５千億電子伏特時(shí)�熤形⒆邮�的速度即達(dá)到光速。只要控制中微子束的能流密度，把所有的信息，如視音頻信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)等，加載到中微子束上面，即可實(shí)現(xiàn)任意距離點(diǎn)與點(diǎn)之間，具有光通信容量的保密通信，可以雙向傳輸多路電視，音頻信號(hào)，并與計(jì)算機(jī)并網(wǎng)，對(duì)潛艇進(jìn)行遙控遙測(cè)等，將來(lái)用到無(wú)人駕駛的核潛艇上也是可能的。