对流层散射通信及其应用
上QQ阅读APP看本书,新人免费读10天
设备和账号都新为新人

2.1 散射通信站型的历史沿革

早在第二次世界大战期间,随着雷达技术的发展及大功率发射机、高增益天线和高灵敏度接收机的广泛使用,对流层散射信号的超视距传播现象即已被发现并大量观测,被视为一种潜在的远程通信方式。自1952年世界上第一条散射通信链路问世以来,散射通信作为一种重要的军事通信手段发展至今已有近70年的历史,以美国、苏联和我国为代表的国内外散射通信站型的发展历史大体可分三个阶段。

2.1.1 第一阶段—以散射固定站型为主的远程战略通信应用

1.国外固定散射站型的发展

在20世纪50~70年代,随着冷战铁幕的拉开,国际上以美国和苏联为首的两大军事集团迫于对战略通信和导弹预警信息远程传输的需求,在当时卫星通信、光纤通信等远程通信技术尚未成熟的条件下,结合当时电子元器件、信号处理的技术水平,在北美和亚欧大陆构建了数百条以巨型广告牌天线、大功率发射机、地处山峰之巅为主要特征的散射固定站通信链路,用于解决远程战略通信、远程防空预警等军事通信服务问题,从而开启了散射通信大规模应用历程中第一个恢弘壮丽的发展时期[1]

在这一阶段,国外比较有代表性的散射通信站包括美国的“白爱丽丝”(White Alice)、“松露线”(DEW Line),欧洲的“高空王牌”(ACE High)及苏联的“地平线-北方”等远程通信系统的固定散射站,如图2-1~图2-4所示。

img

图2-1 “白爱丽丝”远程通信系统的固定散射站

img

图2-2 “松露线”远程通信系统的固定散射站

img

图2-3 “高空王牌”远程通信系统的固定散射站

img

图2-4 “地平线-北方”远程通信系统的固定散射站

2.国内固定散射站型的发展

我国散射通信起步于20世纪50年代,迄今已有60多年的历史。从1957年起我国开始通过自制的散射信道测试设备进行外线试验,并于1957年5月7日第一次收到散射信号。其后,又在华北、华东等典型对流层散射线路上取得数千小时的实测数据,提出了传输损耗和电路设计的计算方法,初步掌握了散射信道的规律与特点,为散射通信专业的建立创造了条件。

1960—1964年,我国启动了第一代模拟散射通信系统(“6171工程”)的研制工作,该系统为固定站型的模拟散射通信系统,可用于12路模拟电话传输,单跳通信距离最远可达200~300km。该系统作为我国散射通信事业的开山之作,累计生产交付了180余套,不但在重大军事行动中发挥了重要作用,同时由于稳定可靠、操作简单、使用方便等,也在电力、水利、石油等部门得到了广泛应用。

20世纪60年代末,我国开始了对数字散射通信系统的探索与研究,“106工程”“107工程”等就是我国第一代数字散射通信系统的典型代表。“106工程”是我国第一代数字散射机,可实现12路数字语音的群路传输,该系统完成样机研制后,先后在多条数百千米链路上开展了多次试验和测试,初步验证了数字散射通信技术体制的可行性。“107工程”是服务于战略干线通信网节点的远距离对流层散射通信系统,可实现6路或12路数字语音的群路传输,该系统定型后共生产40余套,先后在华南、东北和西北建立了多条散射链路,其中湛江—海口链路曾一度成为海南岛和大陆之间的唯一通信手段,为执行军事任务和行政联络发挥了重要作用。

1984年我国完成北京—济南—南京之间总长度926km的固定数字散射通信系统(“207工程”)建设,实现了三地之间重要信息的远距离、大容量、高可靠传输,标志着我国固定散射通信系统已初步具备常态化、实用化技术水平。我国GS-207固定散射站如图2-5所示。

img

图2-5 我国GS-207固定散射站

2.1.2 第二阶段——散射车载站型的出现及其战术通信应用

自20世纪80—90年代起,随着卫星通信、光纤通信等技术的成熟,通信容量更高、质量更好的光纤链路,以及传输距离更远的卫星链路逐步替代了大部分固定散射链路在远程战略通信中的功能与地位,但散射通信方式特有的超视距通信能力一直未被遗忘。同时,集成电路、电子元器件及信号处理技术的进步,使得通过按照功能模块分解、简化设备规模的方式将庞大的散射固定站小型化、模块化,从而构建由发电、通信、天线、保障等数辆机动车分别承载的,具有机动部署能力的机动散射通信系统成为可能。

1.国外车载散射站型的发展

在这一时期,世界各国对散射通信技术的研究处于由模拟通信向基于中小规模集成电路数字通信的转型阶段。随着数字化调制解调、分集合并、失真自适应等对流层散射数字信号处理技术,以及小型化、集成装车等技术的相继突破,美、苏、英、法等国家的多型车载散射通信站型陆续出现,散射通信的应用方式开始出现以固定站型、战略通信应用为主,逐渐迈向以机动/固定站型并重、战役/战术应用为主的发展方式。具有代表性的车载散射站包括美国的AN/TRC-170系列、苏联的P-423系列、英国的H-7450和法国AFH990等型号。其中,以美国AN/TRC-170移动散射通信设备为代表的机动散射通信装备首次参加实战并成功经受了考验,为机动散射通信系统的后续发展奠定了坚实的基础。AN/TRC-170车载散射站如图2-6所示。

img

图2-6 AN/TRC-170车载散射站

2.国内车载散射站型的发展

在20世纪80—90年代,我国先后研制出了“16路移动散射通信”、TCK-385、TCK-386、TCK-387等多型号车载散射通信系统,填补了我国在机动式野战散射通信方面的空白,为国内用户提供了一系列实用化的机动式散射通信系统。与美国AN/TRC-170系列车载型散射通信站采用的“设备车+天线拖车”的构成方式不同,我国的车载散射站采用的是通信方舱与散射天线一体化设计的集成方案,此举不但可以加快散射链路的开通速度,而且减少了车载散射站中的天线拖车配置,改善了车载散射站的机动能力。TCK-385、TCK-386、TCK-387车载散射站分别如图2-7~图2-9所示。

img

图2-7 TCK-385车载散射站

img

图2-8 TCK-386车载散射站

img

图2-9 TCK-387车载散射站

2.1.3 第三阶段—轻量化散射站型的出现及多样化通信应用

进入21世纪以后,伴随着大规模集成电路、小型化射频前端、角分集天线、实时信道认知及波形自主决策等新技术的快速发展,机动散射通信系统的站型进一步向小型化、单车单站化的方向演进。这一阶段出现的机动散射站,实现了在单辆小型越野卡车上对通信设备、散射天线、油机供电、人员保障等功能的一体化集成,快速机动部署能力得到显著提升,且在传输容量的宽带化、传输波形的智能化和服务能力的弹性化等方面取得了突破性进展;此外,为满足在特殊场合下对散射通信系统机动性和快速部署能力等方面的更高需求,这一时期还出现了可搬移站型、背负站型等散射通信站型。

1.国外轻量化散射站型的发展

进入21世纪以后,美、俄等国陆续推出多种高度集成、部署灵活、形态多样的轻量化散射通信站系统,这些系统的核心设备采用标准化、系列化、模块化开发技术,可根据用户实际使用需求灵活配置散射站的设备组成,用于满足不同用户对通信频段、带宽、距离、设备形态和服务能力的多样化使用需求。其典型代表包括美国Raytheon公司的DART-T(双模式、全频段现场可配置战术终端)和TELOS(战术扩展视距通信系统)、COMTECH公司的MTTS(Modular Transportable Tropo System,模块化可搬移散射通信系统)、TCS公司的3T(战术可搬移散射通信系统)及俄罗斯的“独木舟”等小型车载或战术可搬移式的轻量化散射站型。上述各型轻量化散射站型分别如图2-10~图2-13所示。

img

图2-10 美国DART-T轻型车载散射站

img

图2-11 美国3T搬移箱式散射站

img

图2-12 美国MTTS搬移箱式散射站

img

图2-13 俄罗斯“独木舟”搬移箱式散射站

2.国内轻量化散射站型的发展

在这一阶段,随着通信、电子等相关技术的快速发展,我国陆续突破了大容量散射传输、单车多向散射集成、小型化散射、多频段散射等核心技术,研制生产的系列化散射通信设备涵盖固定、车载、可搬移、携行等多种站型,累计数量达千余套,除满足国内应用外,还出口至亚、非、拉等的十余个国家,为用户提供了有力的通信保障。我国某轻型车载散射站和某型可搬移箱式散射站分别如图2-14和图2-15所示。

img

图2-14 国产某轻型车载散射站

img

图2-15 国产某型可搬移箱式散射站

散射通信站型发展阶段大致如表2-1所示。

表2-1 散射通信站型发展阶段

img

续表

img

本章以下就固定站型、车载站型、可搬移站型和背负站型的应用领域、技术特征及典型系统逐一进行介绍。