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1、增强最低限度通信能力的构想与举措第10卷第1期(总第35期)2002年3月现代军事通信J.ofModernMi】itaryCommunlcatlonsVo【_10No.1(Sum35)Mar.2002增强最低限度通信能力的构想与举措赖仪一梁涛”朱自强”柳永祥一摘要为使通信阿系适应战时硬摧毁和电子干扰威胁的恶劣环境,增强最低限度通信能力,本文从新装备发展,现有装备改造提升和战术应用等几十方面阐述了基本的构想与举措.关键词军事通信抗毁性抗干扰性最低限度通信战术应用1总体构想现代高技术条件下的局部战争,其电磁环境可能极其恶劣,通信系统面临硬摧毁和电子干扰双重威胁.为保障我军的最低限度通信能力,主要应
2、从下述几个方面来考虑:1)现有通信系统和设备要进行抗毁加固和增强抗电子干扰能力,以提高通信系统的生存能力;2)建立纵横向互通,多路由并存,抗毁抗干扰,指挥控制隐蔽,军用民用结合,生存能力强的信息一体化网络体系;3)建立采用特殊手段的备用应急通信系统和网络;4)建立完整的预警系统;5)研究应急通信指挥和强化战场频谱与功率管理;6)研究战术运用原则和方法;7)研究实战中军民结合的方案8)研究作战样式,特殊作战模式及战场环境(自然的,诱发的,对抗的)可变性对最低通信能力的影响.2主要技术途径2.1发展特种通信手段,保障在各种战争环境(包括核战)下最低限度通信能力1)地波应急网可参考美军GWEN(地波
3、应急通信网),该网是一个由工作在低频(150175kHz)频段,抗毁加固,?总参第63研究所研究员南京?总参第63研究所高级工程师南京总参第63研究所工程师南京收稿时间20011220分布在整个美国大陆的无人值守的多个无线中继站组成的地面战略通信网,是一个把国家最高指挥当局与战略指挥中心和报复力量连接在一起的抗毁通信系统.其设计初衷虽然是针对核打击威慑,但对高技术条件下的局部战争,有一定的参考价值,值得研究.2)地下通信早在70年代初,美国防部就提出组建最低限度应急通信网的计划,该网包括四个抗毁通信系统.地下通信系统工作在中波或长波波段,其收发设备和天线全部架设在地下坑道内,靠无线电波穿透地层
4、来传递信息,具有.与指挥机关同等的生存能力”.其信息传输速度较低.但在紧急情况下,即使只能通几十甚至几个波特,也具有重大的价值.由于地下通信具有抗毁,隐蔽与抗人为敌意干扰的显着优点,在军事上有广阔的应用前景外军主要是将其设置在导弹基地和重要的指挥机关及通信枢纽,以作为一种抗毁的应急通信手段来使用.3)空中指挥所美E一4B国家紧急空中指挥所是一个抗毁的战略指挥与控制系统,机载通信设备包括HF,MF,VHF,UHF和SHF频段的13种设备和46副天线.可提供全球抗干扰保密通信.它使国家固定的指挥中心具有可以生存的延伸部分.美EC一135C是主要的指挥中心和通信系统的备用手段.当战略空军司令部的地下
5、指挥中心,备用指挥或地面通信系统遭到摧毁时,利用它发送甚低频信号的能力,使其与国家紧急空中指挥所(E一4B),战略对潜通信系统和战略轰炸机之间建立32现代军事通信远程通信联络.4)海军陆基甚低频广播网利用甚低频(10kHz一35kHz)对潜艇进行广播通信是各国对潜通信的常规手段之一,但存在两个缺点:一是岸站易被摧毁;二是甚低频穿透海水深度有限.因此美军针对其第一个缺点,研制了”塔卡木”机载甚低频通信系统;针对第二个缺点.研制了极低频对潜通信系统5)极低频对潜通信系统3O100Hz的极低频具有传输距离远(1000kin以上)和穿透海水深的特点,缺点是必须使用特大功率发射机和庞大天线系统,传输速率
6、低.6)机载甚低频通信系统例如美军的”塔卡木”机载甚低频通信系统,工作频段为l30kHz.7)激光对潜通信为了提高潜艇生存能力,美海军着力探讨能在海水中进行可靠传输的具有合适工作波长的激光器,如兰绿光激光器.机载与星载对潜兰绿光激光系统与”塔卡木”系统和陆基极低频系统号称并列为支持潜艇通信的”三大支柱”.8)激光通信大气激光通信受天气,地形,地物影响较大,因此难以在全天候,超视距情况下使用,也不适应地形起伏和高大地物的阻隔;由于激光波束窄,传播距离短,使信息在空间的散布银小,又是人眼所不能看见的,因此不易被察觉或截获.另外,激光通信还有良好的抗电磁干扰和抗辐射的能力激光通信和微波通信比较,还有
7、体积小,重量轻等特点.激光通信可以作为保障最低限度通信能力的应急手段.9)中微子通信(新概念武器之一)中微子是原子核内的质子或中子发生衰变时的产物,是一种体积极小而稳定的中性粒子,比电子的质量还要小近10个数量级.中微子的最显着特性是能够沿直线传播,而且在传播过程中不发生反射,折射和散射等现象,几乎不产生传播衰减.利用这一特性,可用中微子束的通信来代替电磁波传递信息的无线电通信.中微子通信的突出特点:可直接穿透地层,进入深海直线传输信息,并且不易被对方侦察,干扰,截获和摧毁;具有较高的保密性和较强的抗干扰能力,不仅对方的电磁波不能影响其效能,就是核爆炸时的巨大辐射也奈何不了它由于中微子通信能够
8、冲破电磁波通信不可逾越的地下和水下两大禁区,即使在发生核战争的恶劣环境下,也能借助于中微子束,向游弋于大洋深处的核动力潜艇发送信息.对此我们一定要进行跟踪研究.10)通信直升机通信飞机是升空通信平台的有效手段之一.也是保障最低限度通信能力的应急和备用设施.I1)系留气球通信系留气球作为一种运载工具,可以提升长波通信天线,也可构成装载多种设备的空中通信平台.由于其具有经济性,可靠性,灵活性,简易性等优点,因此系留气球通信也是值得研究的,外军把系留气球作为重要的补充和应急手段.我们要认真研究和借鉴外军的这些经验,取其精华,为我所用,发展符合我国国情,军情的特种通信手段,大幅度提高我军的最低限度通信
9、能力.2.2建立多种抗毁抗干扰能力强的通信系统,以满足最低限度通信能力的基本需求1)散射通信对流层散射通信单跳跨度大,保密性能好,不易受雷电,电离层扰动的影响,对散射通信,敌方也难以实施电磁干扰,所以,也是保障最低限度通信能力的基本的有效手段之一.散射通信由于对流层散射损耗太,发射机功率一般都很高,从150瓦到100千瓦,天线也很大,接收机也较复杂,设备体积和重量都相当庞大,但随着电路技术和元器件的不断发展,对流层散射通信设备的体积和重量将会大大减小.2)流星余迹通信流星余迹通信就是利用流星通过大气层时留下的”尾巴”进行通信.这种通信方式,能够缩短无线电波在空间的暴露时间,属于瞬间通信的一种新
10、形式.流星余迹的宽度通常可达l540公里,距离地面约为8O120公里,存留的时间大约为十分之几秒至几分钟.流星余迹通信的突出特点:一是保密性好,抗干扰能力强.这是由于流星余迹稍纵即逝,且对无线电电波反射具有明显的方向性,不易遭敌方侦察,截获和干扰.二是传输距离远,通信稳定性好.试验表明,利用普通的天线,当发射机输出功率为千瓦级时,通信距离可达2000余公里,且不会因时空,气候等变化或受到高空电离层的骚扰而影响通信质量.目前,许多国家的军队已经建立了用于军事目的的流星余迹通信系统.随着军事高技术的发展,流星余迹通信也将成为保障最低限度通信能力的一种有效,总第35期赖仪一等:增强最低限度通信能力的
11、掏想与举措33的手段.3)毫米波通信毫米波通信可以做到波束很窄,方向性强,同时传播距离有限,因此可以用作低截获率的信息传输.4)扩展通信频段除了HF,VHF,UHF电台扩展频段外,令人瞩目的是,对战术通信卫星和战略通信卫星搭载EHF(极高频)转发器.使用EHF进行通信有以下优点:?使用较小天线进行高定向发射,使截收可能性大大降低j?可采用宽带(1ZGHz)跳频,使敌方很难实施有效干扰;?较易使用自适应零位天线技术,大大提高了抗干扰性.5)研制数字保密猝发传输扩频通信系统该体制兼有猝发传输和直接序列扩频通信两者的优点,且具有很强的抗侦听,抗截获,抗干扰和数字保密能力,建议先在卫星通信中应用,逐步
12、扩展到UHF,VHF和HF频段.分两种类型:猝发扩频型和单纯猝发型.设计一个可靠的快速扩频同步系统是系统设计的关键.其主要方法有:?采用独特的短码来缩短捕获时间;?并行搜索捕获法;?具有高效捕获算法的匹配滤波器阵列.例如美国GBT(GoldenBridgeTechnology)公司的专用集成电路(ASIC)可编程匹配滤波器8192,内部包括了8000多个匹配滤波器,配以其它电路,可使直扩系统在信号拥挤电磁环境下,捕获时间小于3ms6)研究卫星重叠通信技术卫星重叠通信技术就是利用商用卫星进行通信,利用扩频技术及多用户检测技术进行隐蔽通信将通信信号进行扩频,可采用卫星多载波时频二维序列扩频抗截获技
13、术,使发送的EIRP值比同一频带的卫星电视广播或通信系统EIRP值低15dB,并利用多用户检测技术把军用信号从重叠信号中分离出来,以达到最低限度通信的目的.另外,可以将军用通信信号在时频域上进行合理分割,不同的分割部分通过不同的卫星(或信道)进行传输,以达到信号的高隐蔽性.3现有装备的增强措施除了研制专用的撮低限度通信设备实现最低限度通信外,还可以考虑对现有装备实行改进.通过对现有已经数字化的装备某些功能的扩展与增强,来达到或部分达到最低限度通信的要求.对现有装备的改造与功能增强可以在以下几个方面开展研究.3.1增加自适应功能自适应改造技术指对原有装备增加自适应功能,根据原装备的情况,可以进行
14、自适应跳频,自适应直扩,自适应速率调整,自适应功率控制等.1)自适应跳频自适应跳频可以将受干扰的频率点剔除掉,留下比较”干净”的频率点.尽管此时可用频率点可能很少,但只要有一两个频率点未被干扰,就能实现最低限度通信.当只剩下一个频率点时,就转为定频通信.这种方法的意义在于,当1/3频率点被干扰时,如果不采取自适应跳频,那就无法通信,若采用了自适应跳频,由于它能躲避此1/3的干扰点,因此还能够通信.2)自适应直扩技术自适应直扩技术是指扩频系数或扩频频带可以自适应变化.在通常情况(未遇到强电磁干扰时)下,使用预先分配的频段和带宽扩频,当遇到强电磁干扰时,就要增加扩频带宽,增加地址码长度,降低信息速
15、率或扩展频段,直至全频段内进行直接序列扩频.以达到最低限度通信之目的.3)自适应速率调整传统装备的通信速率一般都是固定的或有限几个速率,当速率降低时可以得到较好的E/N.当发射功率一定时,码元速率越低,码元能量就越大,E/就越高,误码性能就越好若做不到自适应,可以先实行速率分档.4)自适应功率控制自适应功率控制,是指通信装备能根据链路情况,自适应调整功率,当信道遭受干扰变得很恶劣时,能自动将功率调整上去,满足通信要求.32智能天线技术在干扰源方向性较强,能量较集中时,采用空域抗干扰可以取得较好的效果,要想实现空域抗干扰可采用智能天线技术,即用天线波束形成技术自动扫描检测干扰源的能量方向,经过数
16、字信号处理,形成方向指向信号源零点指向干扰源的波束,进行.空间滤波”,有效的抑制与信号源在空间.方向上有较大差别的干扰信号.若通信装备能加上此天线,将34现代军事通信大大提高装备的抗干扰能力.3.3自适应干扰抵消及自适应滤波技术对于固定的强窄带干扰或多音干扰,添加自适应滤波器对干扰信号所在的频带实行陷波,可有效的抑制干扰,进行最低限度通信.但当此强干扰信号是扫描干扰时,采用自适应干扰抵消较合适.在运用这两项措施时,首先都要进行自适应检测,对干扰信号进行检测与估计,检测其频率分布,可以对其进行陷波,估计其信号特征,可以将其从信号中减去.3.4卫星通信设备的增强措施卫星通信系统中,为了增加地面站的
17、抗干扰能力,可以在地面系统增加解扩部分,在透明c转发器实现扩频通信.对于基地站,只要加一个扩频解扩的抽屉.在转发器受到强干扰时,转发器功率很大一部分被干扰功率吃掉”,只有将通信速率降得很低,才能保证剩余的转发器功率实现最低限度通信.上述的增强措施,首先要考虑装备的使用性及可改造性.利用上述措施也许不能完全达到最低限度通信的目的,但它至少能部分达到此目的或使现役装备的通信自适应能力有所增强,这就是很有意义的,因为现役装备量大,应用广泛,收到的军事效益大.4战术运用原则和方法要保障己方指挥的最低限度通信能力,不但要有抗毁性和抗干扰性好的通信装备与系统,有备用的具备最低限度通信能力的应急系统与网络,
18、还要有主动,灵活,多变,善变的抗毁,抗扰战术原则和方法.这种对抗既有技术上的”斗智”.又有战术上的“斗法”.欲能因敌变化而取胜,则必须坚持对抗与反对抗,硬抗与巧抗,干扰与冒充,佯动与静默的结合与组合等等.可供战场使用的战术运用的原则和方法有:1)积极防御,主动进攻,实施”软打击”与”硬摧毁”相结合.集中数倍于敌的电子对抗和硬杀伤性武器于主要进攻(或防御)方向和重要时间,以取得战场制电磁频谱权和制信息权.2)采用多手段,多路由,多频段的战术原则和方法,确保己方的信息使用权,控制权.3)采用冗余,机动的原则和方法.如:设主,备用的台,网和备用频率,关键时刻启用;按变间隔时间改变频率,呼号;尽可能经
19、常移动电台位置等.4)加强隐蔽,虚实结合,示假隐真,保存自己如:利用地形隐蔽,选好发射天线位置;利用地形隐蔽通信接收机,阻隔干扰机的干扰;遭受干扰时继续工作,以迷惑敌人等等.5)采用低速率通信策略.当发射功率一定时,码元速率越低,通信接收机检测端的归一化信干(噪)比就越高,如果保持邑/不变,则可容许的干扰(J)越大.故降低速率通信也是在强电磁干扰威胁环境下保障最低通信能力的重要举措之一.速率的调整,可采用自适应控制或手动控制两种方式.6)制定更多的通信约定.在恶劣电磁干扰环境下,为满足最低限度指挥通信的需求,一方面,技术上应提供足够的保障手段和设备;另一方面,指挥上,也有一个如何充分利用这些手
20、段和设备的问题,其中一个途径就是更多的制定通信约定,采用”最简的指挥命令用语集”,这样可以花很少的功率和比特”传达更多的指挥信息.7)无线电佯动.8)无线电静默.9)发信时间尽量短.10)功率控制策略.l1)使用中继通信.12)最大限度地利用诸如有线等通信手段.13)利用民用及商用通信系统和设备.等等.5结束语如何保障和提高军事通信系统在系统遭受严重摧毁和电子干扰威胁下的最低限度通信能力,是各国军事战略家们高度重视和关注的重要课题.本文从新建生存能力强的特种通信系统,发展抗毁抗干扰性能好的通信网系,提高已有通信系统的生存能力等几个方面,探讨了增强最低限度通信能力的构想和举措.在此基础上还讨论了
21、战时战术运用的原则和方法.文中不妥之处,敬请读者指正总第35期赖仪一等:增强最低限度通信能力的构想与举措35TheSchemeforStrengtheningMECommunicationCapabilityLaiYiyiLiangTaoZhuZiqiangI.iuYongxiangAbstractInordertOcopewithviciousdestructionandelectronicjamming,andstrengthenMEcommuncationcapability,theschemeorstrengtheningMEcommunicationcapabilityisdiscu
22、ssedinthispaper,containsdevelopingnewequipment,upgradingcurrentequipmentandtacticalapplicationetc.KeyWordsMilitaryCommunication;Survivability;AntiJammingMECommunication;TacticalApplcation,.IIllIIIIIIll简讯1.1HI.1.1lI+1.1l.,2001年现代军事通信优秀论文评选结果本刊讯;为了进一步提高现代军事通信刊物质量,进一步沟通作者,读者,编者间的联系,吸引更多的作者来稿,同时感谢作者,读者及社会各界对本刊的热情关心与支持,本刊编委会对ZO01年刊出的稿件进行了优秀论文评选,评出一等奖1篇,二等奖2篇,三等奖5篇获奖论文如下:一等奖颡谱重叠DS/SFH混合扩展颡谱系统赵荣黎3(1)二等奖子空间原理及其在阵列天线误差校正中的应用林敏李晓涛龚铮权刘索琴2(1)嵌入式系统的软件工程研究高岩吴连国2(5)三等奖短波数据通信中分集接收技术的研究高俊2(31)短波通信数字化技术陈浩2(46)分相分段扩频码捕获算法的设计及FPGA实现陈勇赵杭生2(9)飞机对潜通信的信道分析与通信深度计算曲晓慧王红星2(20)一种新的多用户检测方案杨涛王金龙4(4)
