流星余迹突发通信技术：可以传话的流星

晴朗的夜晚，当我们抬头仰望天空，有时候会发现一个明亮的光点划破长空，飞驰而过，这就是流星，有时候还有流星雨呢。你知道吗？流星余迹也可以用来通信。

首先，我们先来认识一下流星。从构成上来说，流星是一些在太空飘浮和运动着的太空尘粒、小石块等物体，其中大部分来自彗星的尾部，它们也是太阳系的成员。当它们在绕太阳运动的过程中，有时会被地球吸引，以11～72千米/秒的速度穿越地球大气层，在此过程中，会与大气强烈摩擦燃烧，产生高温发光而烧毁，形成我们肉眼能看见的流星。流星通常在距地面80～12千米的高度出现，因为多数流星的体积较小，在上述高度内已经燃烧殆尽，个别较大体积的流星可以延续到10～20千米的高度才能燃烧完。

流星的到达规律具有昼夜变化和季节变化特性。流星到达速率在一昼夜中的变化规律具有正弦特性，并且其峰值与谷值比约为4∶1，峰值出现在拂晓，而谷值出现在黄昏。流星到达速率的季节变化也会造成其峰值与谷值比约在2∶1与4∶1之间。另外，还存在与太阳黑子活动周期有关的11或22年流星活动的周期性。据天文观测，每昼夜约有几十吨、数以百亿计的流星（包括宇宙尘埃）进入地球大气层，它们以极高的速度（11.3～72千米/秒）与空气分子发生猛烈的碰撞和摩擦，产生高温，燃烧发光并导致其周围空气急剧电离，在离地面80～120千米高空留下一条细长的、短持续时间的电离气体柱，即流星余迹。这些流星余迹的电子密度很大，犹如一个金属圆柱体，对无线电波具有反射作用。如果用这种方式来传递无线电信号，就是我们常说的“流星余迹通信”。流星余迹长数十千米，初期半径0.5米至数米，数秒内扩散。由于流星余迹都是偶发事件，其持续时间一般在几秒至几分钟，且能够用于通信的时间一般还不到1秒钟时间，所以流星余迹通信属于突发通信。

一个流星突发通信系统主要包括两大部分：主站（一个或多个）和远端站（数量较多）。整个通信系统有两种工作状态，一种是等待状态，另一种是突发状态。流星余迹通信线路平均等待的时间根据所在空间的位置和季节有所不同。一般在流星余迹较多的季节为3秒钟，在流星余迹较少的季节长达15分钟以上。信息通过量也是流星余迹通信的一个重要指标，一般情况下，由于流星余迹的存续时间小于1秒，因此其通过量大约是平均每分钟75个字符。工作过程如下：当收发双方的天线波束相交的区域内没有出现合适的可供利用的流星余迹的时候，整个系统处于待发待收状态。这时，将要发送的信息（非对话信息）存储在双方的存储器内。为了探测和捕获流星余迹，发信机不断地向接收一方发送试探信号。当合适的流星余迹一出现，试探信号就传送到对方。接收端经过识别，如果确认是发给自己的，就从等待状态切换到“突发”状态，并发出一个应答信号，如果有待发数据，就把数据突发给对方，发方收到应答信号经过识别以后，整个通信系统就由待发状态迅速切换到突发状态（切换时间只有四五十分之一秒）。自动控制装置以极快的速度打开发信机，此时发信机将事先存储好的信息，以突发方式发射出去。与此同时，平时处于“待收”状态的接收机自动“突发”接收来自对方的信息。流星余迹一消失，通信系统自动恢复到等待状态，准备下次出现流星余迹时继续通信。一份信息量比较大的数据报文，往往需要经过几次传送才能完成，收方将断续收到的信息先存储起来，在收到全部内容后再组装为一份完整的报文。

由于流星余迹通信方式具有许多独特的优点，在经历近50年冷冷热热的发展历程后，如今越来越受到重视而予以大力开发，并广泛应用于军事领域。主要优点有：通信距离远，单跳跨距可达2000千米（电离余迹高度为100千米时），若加中继可通得更远；与卫星和短波通信相比，电波方向性较强，且存在“足迹”和“热点”等特性，因而抗截收、抗干扰能力强，不易遭受非视距干扰；受核爆炸、太阳黑子、极盖中断和极光现象影响小，不会像短波那样可能存在长期中断通信的结果，尤其是核爆后能很快恢复，顽存性强；由于是突发间断通信，其隐蔽性、保密性、抗毁性均优于其他通信方式；工作在40～50MHz频段范围，传输损耗较小，且是恒定值；可靠性高，无须像短波通信那样要经常改变频率才能工作；相互干扰小，频谱利用率高；流星电离余迹反射或散射的空间是分散的，实现约束小；设备简单，自动化程度高，无须频率配置，操作方便；有较大的自主权，不像卫星通信那样必须申请使用权；一次性投资和运营费用远低于卫星通信（一般是几分之一），故有“贫民卫星”和“自然卫星”之称。

目前外军的流星余迹应用日趋广泛，尤其是支援短波通信、用作卫星通信的替代手段、突发事件时的应急通信及核打击后的最低限度应急通信方面。美军早在1995年就将流星余迹通信列为十大重要通信手段之一。而且，还应用在越来越多的民用通信领域，特别是一些无人值守的场合，如大范围的气象数据采集、海上浮标的海情数据采集、孤岛上灯塔的自动控制、高速公路的路况数据采集等。在我国，虽然较早开始研究流星余迹通信技术，但应用极其有限。在美国，北美防空指挥部的早期警报系统，就是使用41～46MHz的流星余迹通信系统，连接散布于加拿大和阿拉斯加的13个远端站，系统的平均连接时间是12分钟。美军在应急时刻考虑采用流星余迹通信作为数字化战场的通信手段，就是基于流星余迹通信系统的这种点对点和通播传输的新方法，能渗透战区规模的区域，使战地指挥员有最大机会得到战场的完整态势，并接近于实时地传输应急信息。