超短波通信技术:“遥控”飞机
在空战中,地面怎么对高空中的战机进行指挥呢?这个问题在飞机出现后,实实在在地使人们困惑了很长一段时间。但不管什么问题,是难不倒科学家的,研究人员经过研究果断地将超短波通信技术用于地/空通信。
什么是超短波通信呢?主要是指波长为10~1米(频率为30~300兆赫)的无线电通信,又称甚高频通信或米波通信。按使用设备和传输方式的不同,超短波通信可分为电台通信、接力通信、卫星通信、散射通信和流星余迹通信等。超短波通信广泛应用于步兵团以下部队的近距离通信,以及炮兵、坦克、舰艇和航空通信,以通话为主,而其中对于地空通信来说更是应用广泛;超短波无线电接力通信、卫星通信、散射通信、流星余迹通信,一般用于战役、战术通信。
超短波通信靠地面波、空间波(视距传播)和散射波传递信息。超短波电台通信使用鞭形天线时,主要靠地面波传播,通信距离一般只有数千米。使用高架定向天线时,靠空间波传播,地面通信距离通常为20~50千米。通信距离的远近与天线的高度和地形关系较大,地面通信使用天线越高,地形越平坦,通信距离就越远,正是利用此优点,超短波通信才广泛应用在了地/空通信上,因为,地空通信或空空通信之间的障碍物少,对短波的吸收也就比较少,使得通信更为流畅。超短波接力通信是利用空间波传播,经地面中间站转发实现的超视距通信。
我们先来认识一下地/空超短波通信的组成。地/空超短波通信系统主要由机载电台和地面电台组成,后者包括塔台、对空台、救生台以及各种陆/空协同电台(含目标引导台)、海/空协同电台等。机载电台装于各种飞机上,用于飞机与地面(含海面)以及飞机与飞机之间的通信。塔台一般配置在机场(通常在跑道附近),主要用于飞机起飞、降落时的指挥和调度通信。对空台主要配置在战术指挥所和航空管制部门,为了增大通信距离,通常把对空台设置在指挥所和航空管制部门的楼上或附近的高山上,主要用于对在本空域飞行的飞机实施指挥通信和航空管制。对空台与塔台的主要区别仅在于前者的发射功率大于后者,以增大通信距离。救生台是飞行员救生装置的重要组成部分。一般体积较小、重量较轻,便于操作使用和携带。主要用于飞行员跳伞后,以便在地面(或海面)上进行必要的救生通信。目标引导台是在现行体制下,为实现陆/空协同作战,由空军派往陆军的目标引导组所使用的地/空超短波电台。主要用于为近程飞机指引目标而进行的陆/空协同通信。目标引导台与塔台的主要区别在于前者为背负式电台。其他陆/空、海/空协同电台,主要是为陆/空和海/空协同通信时使用,其技术体制应与机载电台一致或兼容。
地/空超短波通信是一种移动通信,是采用超短波来进行的一种无线电通信。由于移动体(飞机或其他航空器)上的天线位置较高(飞行时),而电磁波传播主要是直射波,绕射波和散射波的分量很小,所以不像地面移动通信那样存在着比较严重的衰落。电磁波在传播过程中主要是存在着自由空间衰耗,这种衰耗与电磁波频率的平方成正比,与传播距离的平方也成正比。也就是说频率越高,电磁波的衰耗越大;传播距离越远,电磁波的衰耗也越大。这种频段电磁波的传播与光波传播很相近,主要是直线传播,所以受地球曲率限制。当飞机的飞行高度越高,通信距离越远;地面天线的架设高度越高,通信距离也越远。
地/空通信可以追溯到飞机出现后的1912年,但地/空超短波通信的出现是在第二次世界大战后的事。第二次世界大战后,由于航空工业和电子工业的迅速发展,地/空超短波通信得到了广泛应用。初期,地/空超短波通信主要是机载电台和地面电台之间构成单一的常规话音通信。能反映各时期地/空超短波通信发展进程的主要是机载电台。第一代电台是电子管电台,典型代表是美军AN/ARC-34电台。该电台采用小型电子管和印制电路设计,频段225~400MHz,波道间隔100KHz,波道总数1750个,预置波道20个,工作方式为调幅(AM)话。第二代为晶体管电台,其中典型产品为AN/ARC-51BX电台,装备美、英等10多个国家近30多种飞机。该电台全部采用晶体管电路,波道间隔缩小到50KHz,波道总数增加了一倍,达到3500个,功能增加了救全双收、自动定向(ADF)或归航(HOM)等。20世纪70年代的地/空超短波电台已发展到第三代全固态电台。这一代电台采用了微处理器、数字式频率合成、功率合成、已调波放大、功率电平自动调整,以及音频压缩等一系列新技术,因而其性能比第二代电台明显提高了一个等级,而可靠性的平均无故障工作时间由原来的300~500小时提高到1000小时以上,通信业务已由单一的话音业务扩展到数据业务,且话音开始加密。进入20世纪80年代以来,随着高科技的迅速发展,超大规模集成电路、超小型微处理器、微小型元器件、表面贴装等各种新技术的进一步应用,地/空超短波通信又进入一个全面发展时期,开始采用多频段(三频段或四频段),功能齐全,并增加了故障自检测功能,且体积小、重量轻。在抗干扰地/空超短波通信方面,各国纷纷发展直接系列扩频、跳频、跳时、天线自适应调零等抗干扰新技术。
随着频率分集、空间分集、自适应均衡和各种调制方法等新技术的涌现,超短波通信系统逐步完善,现已有许多较先进的VHF系统装备到各种类型的舰船上,如工作于30~400MHz频带的AN/ARC-182电台、工作频率为30~88MHz的SINCGAS(单信道地面和机载无线系统)I/Ⅱ型舰载终端以及30~76.0MHz频率范围内的AN/VRC-40系列电台,已用于两栖作战的舰对岸通信和海岸的陆地移动通信;在225~400MHz这一VHF和UHF交叠频带上的AN/WCS-3(V)6、AN/URC-93.4A号链和HAVEQUICKΠ舰载视距无线电设备已在舰对空、舰对舰通信及反电子对抗措施中发挥着重要作用;多频段(HF/UHF)Link-14和Link-11数据链路以及联合战术信息分配系统(Link-16JTIDS)已成为海军各舰船、飞机、潜艇间的重要联络工具。