為什么高頻無線電在被發(fā)現(xiàn)100年后，仍在軍事領域大量使用？
時間：2022-09-17 來源：未知 作者：雨神 點擊：
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高頻（High Frequency，HF）無線電發(fā)現(xiàn)于近一個世紀之前，因其能夠遠距離傳輸信息以及抵抗電子攻擊的能力，至今依然在軍事領域受到熱捧。高頻無線電有時也被稱為短波無線電。這兩個術語代表的都是從3MHz至30MHz波段范圍的無線電通信�！岸滩ā钡拿謥碜詿o線電波的波長。但從某種意義上說，這個名字有點名不副實，因為3MHz的無線電波長接近100米，即使是30MHz的無線電，波長也有十米。對大多數(shù)人來說，這一波長還是很長的。之所以把高頻無線電又稱為“短波”是因為在20世紀初無線廣播的鼎盛時期，高頻無線電的波長確實比長波和中波短得多。中波無線電的波長范圍為300kHz至3MHz，波長對應為1000米至100米，長波通信使用低于300kHz的無線電，這意味著它的波長大于1000米。短波無線電的第一次應用發(fā)生在1923年6、7月間。無線電之父古列爾莫·馬可尼（Guglielmo Marconi）與英國無線電領域先驅(qū)查爾斯·塞繆爾·富蘭克林（Charles Samuel Franklin）一起，使用3MHz頻率進行了一系列實驗性無線電傳輸。這些試驗是在英格蘭西南部康沃爾郡的珀爾度（Poldhu）無線電站和馬可尼位于4228.3公里之外西非沿海佛得角群島的“愛麗特拉（Elettra）”號游艇之間進行的。1924年9月又進行了進一步實驗，實驗頻率變成了12.4MHz。這次傳輸是在珀爾度和馬可尼停泊在貝魯特附近的游艇之間進行的。此前兩個月，馬可尼已經(jīng)與英國郵政總局簽訂了合同，在倫敦與澳大利亞、加拿大、印度和南非之間提供短波電報服務。從此以后，短波通信進入了蓬勃發(fā)展階段，直到上世紀50年代中期洲際海底電信電纜的興起，以及由美國“軌道中繼信號通信（Signal Communication by Orbit Relay Equipment，SCORE）”工程啟動的衛(wèi)星通信（SATCOM）——1958年12月18日，世界上第一顆專用通信衛(wèi)星發(fā)射升空。盡管海底電纜和SATCOM在各自領域取得了長足的進步，但高頻通信至今仍在使用。例如，業(yè)余無線電愛好者使用高頻頻段的一部分與世界各地的同好進行通信。更為神秘的是，有一些所謂的“數(shù)字站”會通過高頻波段自動廣播一系列可以接收的數(shù)字。這種傳輸被政府和情報機構用來與世界各地的情報人員進行編碼通信。高頻通信對軍隊也仍然具有吸引力，因為“一旦擁有高頻無線電設備，您就可以以任何需要的方式部署它：便攜式、固定式、車載式，使其具有高度的通用性。”與SATCOM相比，HF還具有很高的成本效益。前者需要專用的終端和天線，更不用說衛(wèi)星本身，或者如果所涉國家沒有自己的航天器，則需要租用衛(wèi)星帶寬。相對的HF通信的唯一開銷是無線電本身。
此外，高頻無線電可以穿透叢林和樹冠層，在這點上要勝過甚高頻/超高頻（VHF/UHF，30MHz至3GHz）通信。在森林和熱帶雨林這樣標準傳輸難以有效通信的地區(qū)，HF通信是保持部隊聯(lián)系的唯一途徑。不需要復雜基礎設施的高頻通信還讓用戶可以快速部署，以在發(fā)生自然災害時迅速恢復受損的通信。當災難發(fā)生后，能夠迅速建立超視距通信可以挽救生命并加速清理工作。以亞太地區(qū)為例，大多數(shù)國家的土地面積很大，還有一些人口異常稠密的城市，很難用標準的商業(yè)或視距內(nèi)無線電提供通信覆蓋。HF通信對亞太地區(qū)的特種部隊特別有吸引力。此外，它還被用于支持營，旅和師級的指揮和控制網(wǎng)絡。菲律賓和巴基斯坦的軍隊就廣泛使用L3哈里斯公司生產(chǎn)的AN/PRC-150C和RF-7800H-MP手持高頻無線電臺。HF為什么如此吸引人？簡單而言，就是高頻無線電波的電離層反射。電離層是從距地表60公里至1,000公里之間的大氣層上層。這一帶電粒子層不能被HF信號穿透，而是被反射回地球表面，從而使HF通信可以達到洲際距離。但是，高頻通信也有它的缺點：一天中的不同時間對其的傳輸距離會產(chǎn)生影響。白天，在12MHz及以上頻段比波長更長的頻段傳輸?shù)母h；晚上則正好相反。電離層本身分為幾層。最下面的D層高度在60和90公里之間。但它僅在白天，陽光將原子分解成自由電子和離子時存在。太陽耀斑也會對高頻通信產(chǎn)生影響。當太陽噴出的等離子體超出日冕時，會出現(xiàn)耀斑爆發(fā)現(xiàn)象。這些噴發(fā)產(chǎn)生的粒子可以穿透電離層，在地球北極和南極地區(qū)產(chǎn)生美麗的極光外，也會嚴重破壞高頻通信。HF的另一個缺點是與VHF/UHF相比，它可以承載的數(shù)據(jù)量（傳輸速率）有限。直到最近，高頻無線電的數(shù)據(jù)傳輸速率可能仍未超過9.6Kbps。這與UHF通信可以承載的每秒兆比特（Mbps）的數(shù)據(jù)速率形成鮮明對比。巴雷特通信公司的HF無線電臺在亞太地區(qū)一直銷路良好，它的客戶包括孟加拉國、斐濟和印度尼西亞等國的武裝部隊。該公司表示，其HF收發(fā)報機易于使用和維修，且擁有具備競爭力的價格和靈活的培訓選擇。該公司將在2020年4月推出新的PRC-4090系列固定式、便攜式和車載HF收發(fā)報機產(chǎn)品。新產(chǎn)品能夠處理基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol，IP）的數(shù)據(jù)通信，并擁有易于使用的觸摸屏和多種操作語言。高頻通信的優(yōu)勢也帶來了該領域不斷的技術創(chuàng)新。在去年的DSEI展會期間，柯林斯航空航天（Collins Aerospace）公司展出了其新的URG-IV高頻寬帶無線電臺。據(jù)稱，它已接到了來自歐美軍方用戶的一些訂單。過去，高頻無線電的應用由于其帶寬限制而受到影響。傳統(tǒng)的高頻無線電提供的典型帶寬是3KHz�？屏炙构韭暦Q，URG-IV可提供高達48KHz的帶寬。這使無線電能夠?qū)崟r傳輸IP數(shù)據(jù)，提供文件傳輸和視頻處理應用。通過看似很小但仍然很重要的創(chuàng)新，這已經(jīng)成為可能。列出高頻無線調(diào)制解調(diào)器要求的美國國防部MIL-STD-188-110B標準為HF傳輸分配了24KHz的帶寬。該帶寬足以承載高達9.6Kbps的數(shù)據(jù)傳輸率。而北大西洋公約組織的STANAG 4539標準規(guī)定了高達200KHz的HF帶寬。這使高頻無線通信的吞吐量發(fā)生了很大的變化：如今，在良好的傳播條件下，高頻無限通信可以使用帶寬48kHz的通信信道達到240Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。高頻通信比其他通信更安全，并且更能抵抗干擾和攔截。首先，HF通信依賴于最低可用頻率（Lowest Usable Frequency，LUF）和最大可用頻率（Maximum Usable Frequency，MUF）的限制。LUF是在給定的時間段內(nèi)，每月90％的天數(shù)都可提供理想信噪比的HF頻率；MUF是可以在每月50％的天數(shù)進行電離層發(fā)射通信的最高HF頻率。根據(jù)地點和季節(jié)的不同，LUF和MUF并非固定的。因此，HF通信必須適應當前的LUF / MUF條件。為了干擾HF通信，必須知道其對手計劃使用的HF頻率，干擾才有效。其次，盡管如MIL-STD-188-110B和STANAG 4539所規(guī)定的那樣，可用的HF帶寬已經(jīng)增加，但是HF傳輸仍可以占據(jù)一個狹窄的頻帶。由于HF通信的距離較遠，到達目的地時，它們的傳輸信號可能非常微弱，被電磁噪聲所掩蓋。這使得通信情報監(jiān)聽人員很難檢測到感興趣的信號。高頻通信復興的另一個原因是衛(wèi)星通信的脆弱性。衛(wèi)星通信正面臨日益增長的硬殺傷和電子干擾的危險。使用地空導彈和殺手衛(wèi)星對航天器造成的威脅正在日益擴散。2019年3月27日，印度國防研究與發(fā)展組織（Defense Research and Development Organization，DRDO）用DRDO PRV Mk.II地對空導彈進行了反衛(wèi)星（Anti-Satellite，ASAT）武器的測試。在該測試中，導彈摧毀了DRDO的Microsat-R地球觀測衛(wèi)星。同時，衛(wèi)星通信也不斷成為電子攻擊的目標。據(jù)稱，俄羅斯陸軍裝備的Protek公司R-330ZH “居民（Zhitel）”電子戰(zhàn)系統(tǒng)能夠干擾使用1.525GHz至1.646GHz波段的國際海事衛(wèi)星和使用1.616GHz至1.626GHz波段的銥星。鑒于互聯(lián)網(wǎng)情報的說法，該干擾器可以覆蓋從100MHz至2GHz的波段，因此其他許多衛(wèi)星通信系統(tǒng)也在干擾頻段內(nèi)。據(jù)信，俄羅斯已經(jīng)在烏克蘭和敘利亞戰(zhàn)區(qū)使用了R-330ZH系統(tǒng)，并向伊朗出口。在過去的幾十年中，HF通信已經(jīng)發(fā)生了革命性的變化。除了可用于高頻軍事通信的帶寬大大擴展了以外，“自動鏈路建立（Automatic Link Establishment，ALE）”技術的出現(xiàn)極大地簡化了其使用。ALE技術采用數(shù)字化方法來初始化和管理HF通信，即使在充滿電子干擾的戰(zhàn)場也可提供牢固的鏈接。這使HF更加安全可靠。法國泰雷茲（Thales）公司目前正在開發(fā)據(jù)稱是世界上第一臺認知高頻無線電臺。你可以把認知無線電臺認為是可以感知其環(huán)境并根據(jù)觀察到的情況做出相應反應的無線電收發(fā)器和通信網(wǎng)絡。例如，如果高頻無線電在特定頻率上遭受了特別嚴重的干擾，而在另一個頻率上卻沒有，該電臺會把這一場景記錄下來。將來當遭受類似干擾時，該無線電可能會自動切換到相似的未干擾頻率，而不必通知操作人員。類似地，無線電設備可能能夠通過學習知道作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)可用的HF帶寬，從而適當?shù)卣{(diào)整其傳輸速率。毋庸置疑，人工智能和機器學習是認知無線電技術的核心。泰雷茲公司開發(fā)了HF XL概念技術。HF XL技術可以讓無線電臺確定有多少高頻帶寬——這可能不是單個連續(xù)的頻段，而是多個不連續(xù)的小帶寬頻帶，并將這些離散頻帶合并成一個大的可用信道。這樣，使得高頻無線電臺可以在任何傳播條件下，不受HF頻譜變化的影響，都能提供長期有效的高數(shù)據(jù)傳輸率、長距離HF鏈路。通過避免使用單個大帶寬信道，而選擇在多個信道上進行傳輸，可以更有效地保證通信的持續(xù)性，并且更不易受到干擾和干擾。北約目前正在進行HF XL協(xié)議的標準化。稀星天外認為未來戰(zhàn)場對于數(shù)據(jù)的需求將不斷增長，HF技術也需要跟上，特別是對于高速傳輸波形的研究。盡管，高頻/短波無線電臺即將迎來其百年誕辰。但是，它依然具有馬可尼和富蘭克林在短波無線電初創(chuàng)時期同樣的魅力，同時其特有的屬性也繼續(xù)顯示出其持續(xù)擴展的潛力。
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