短波通信装备保障应用问题研究*

2023-01-08崔晓梦杨树春张利波

舰船电子工程 2022年10期

崔晓梦严韬杨树春张利波

（1.空军预警学院武汉 430019）（2.93253部队大连 116000）（3.93246部队长春 130000）

1 引言

短波通信设备体积小，机动性强，运行成本低，通信范围广，相比依托中继设施的卫星通信等方式，战时生存能力更强，以及在特殊环境下能快速展开等特点使其在军事通信中起到非常重要的作用［1］。随着通信技术的发展，美国和北约国家的短波通信系统已经走在了前列，并且在民用和军事领域都广泛应用和发展并形成了一系列短波通信系统标准和技术规范［2］。而我军随着光纤、卫星通信的高速发展，短波通信因自身特点和技术水平因素导致发展缓慢，短波通信装备保障能力也随之下降。为适应信息化作战需要，加快部队战斗力生成和发展，就必须有效提升短波通信装备保障能力。

2 短波通信装备保障存在问题

2.1 技术体制相对落后

当前所用短波电台通常为第二代短波电台，其主用技术体制为自适应通信技术和跳频通信技术［3］。自适应通信技术采用的是频率自适应，实际工作中自适应通信建链率低。跳频通信作为短波抗干扰通信的主体技术，最高速率仅20跳/秒，且建链时间长。当通信距离较远时基本建链不上。电台工作中以手动选频为主，影响通信时效。

2.2 型号多样且兼容性差

各型短波通信装备互通兼容性差，不同通信手段之间、军兵种部队间协同通信难以达成。最为明显的问题就是接口不统一、通用性较差，协同作战、接替作战能力不足，难以适应复杂电磁环境下情报保障需求。

3 短波通信装备问题分析

3.1 选频模式不能有效避开实时干扰

现用选频模式不能有效避开实时干扰，导致系统畅通率低、建链时效性差。在短波通信不利要素中，干扰是影响畅通率和时效性的最根本问题。干扰主要包括自然干扰和电台干扰。短波通信依赖电离层反射进行远距离信号传输，传输信道具有窗口效应，某一时刻两个电台之间能被电离层反射的最高可用频率（MUF）和最低可用频率（LUF）之间的频率集，称为可用窗口频率，频率范围不足2兆，窗口频率随时间变化。在短波频段内，干扰一直存在，统计结果显示，夜间只有3%～7%左右、日间只有10%～20%左右的无干扰频点。因此，能否在很窄的可用窗口频率范围内，快速找到未受干扰的频点是决定系统畅通率、建链时效性的关键［4］。

现用的选频模式为频率预报模式，是以统计学为基础，以电离层状态平静、通信双方无任何干扰的理想状态为参考模型，对未来某一时段可用窗口频率的预测值［5］。这种选频模式因无法预知通信双方实时存在的具体干扰，这导致所选频率往往受干扰影响，导致系统畅通率低、时效性差。

3.2 自适应模式不能有效规避多径效应

影响短波通信数据可靠性的最大问题是短波多径效应，现用电台自适应模式不能有效规避多径效应，导致数据可靠性差。多径效应会引起数据传输过程中的码间串扰和频率衰弱，导致接收信号起伏不定，严重影响数据传输质量［6］。根据电离层反射原理，有效解决多径效应的办法就是优选最佳工作频点。图1描述了不同工作频率时产生多径效应情况，当工作频率等于最佳工作频率时，只有一条传播路径，无多径效应，如图1（a）所示；当工作频率低于最佳工作频率时，存在高低角射线多条传播路径，导致多径效应，如图1（b）所示；当工作频率高于最佳工作频率时，无反射电波，如图1（c）所示。因此，只有选择了某时段佳工作频点，才能最大限度减少多径效应。

图1 不同工作频率时多径效应示意图

现在短波电台使用的是20世纪末研发的第三代自适应建链技术，其使用模式是，根据频率预报的可用窗口频率预测值，预先在电台内输入一组工作频点，一般为10个频点，某一时刻进行通信时，电台在预置的频点组内进行链路质量分析尝试建链。这实际上是狭义的自适应技术，在固定的频点组内进行链路质量分析，不能实时选择最佳工作频点，无法有效规避多径效应，导致数据传输可靠性差［7］。

4 解决短波通信装备保障问题措施

4.1 选择有效的工作频率

1）依据规律选频。一般来说，日频高于夜频（相差约一半）；远距离频率高于近距离；夏季频率高于冬季；南方地区使用频率高于北方等等。另外，在东西方向进行距离通信时，因为受地球自转影响，最好采用异频收发才能取得良好通信效果。2）依据经验选频。在规律选频情况下仍然不能顺畅通信时，可按照经验变换频率，如接近日出时，若夜频通信效果不好，可选用较高频率；接近日落时，若日频通信效果不好，可选用较低频率；在日落时，信号先逐渐增强，而后突然中断可选用较低频率；通信过程中信号逐渐衰弱，以致消失，可提高工作频率；遇到磁暴时，可选用比平常低一些的频率等等［8］。3）依据测评软件辅助选频。现有短波电台不具备适时进行电离层探索和自适应选频的能力，可以根据国际发布频率数据和国内短波测试数据建立对应短波频率数据库，然后通过计算机软件进行短波频率预测［9］。从相关资料显示，利用国际发布数据进行测频取得了较好效果。

4.2 加装频率自主选择设备

在现有短波通信装备无法改变的情况下，另辟蹊径，研究实时频谱感知技术和宽带信号高速侦听技术，并研究如何将技术应用于频率自主选择设备上，通过在现有设备上加装频率自主选择设备来改善频点选择差问题［10］。首先利用导航定位信息确定通信双方的位置和距离，根据频率预测值分时段确定可用窗口频率范围。在此基础上，实时监测本地短波噪声，采用循环谱分析技术，将干扰信号的频谱特征进行提取采样，并同不存在干扰情况下的信号特征进行比对分析，检测出受干扰频点，并给予屏蔽。同时采用单向高速信号侦听技术，信号分析速度达到10MHz/s，较以往信道质量分析速度提高10倍以上，从而实现在“干净”的可用窗口频率范围内快速进行选频，通过有效规避干扰，提升畅通率和建链时效性［11］。

4.3 融入时分码分相结合的信道分析技术

在原有信道自适应技术基础上，融入时分码分相结合的信道分析技术。通过增加时分码分结合机制对进行信道监听，不需在电台内预先设置有限数量的频率点，可在窗口频率范围内以一定的频率间隔，自动选择频点进行信道质量分析，直至选出最佳工作频点并自动建链［12］。当最佳工作频点受到干扰时，能够利用时分码分相结合的信道分析技术，从最佳频点附近的频率内，选择受码间串扰影响最小的频点建立链路，实现最大限度降低多径效应，提升数据传输可靠性。