主頁（http://www.www.jjxinkai.com）：為什么高頻無線電在被發(fā)現(xiàn)100年后，仍在軍事領(lǐng)域大量使用？ 發(fā)現(xiàn)于近一個世紀之前，高頻（High Frequency，HF）無線電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(lǐng)域受到熱捧。 高頻/短波無線電 高頻無線電有時也被稱為短波無線電。這兩個術(shù)語代表的都是從3MHz至30MHz波段范圍的無線電通信。“短波”的名字來自無線電波的波長。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(yīng)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。 圖一 高頻/短波無線電的頻段 短波無線電的第一次應(yīng)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(lǐng)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(wù)。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。
圖二 手繪的馬可尼珀爾度無線電發(fā)報站，天線邊長200米。
圖三 馬可尼的“愛麗特拉”號游輪 盡管海底電纜和SATCOM在各自領(lǐng)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(gòu)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(shè)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(fù)雜基礎(chǔ)設(shè)施的高頻通信還讓用戶可以快速部署，以在發(fā)生自然災(zāi)害時迅速恢復(fù)受損的通信。當災(zāi)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(luò)。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。 圖四 AN/PRC-150C高頻無線電臺
圖五 RF-7800H-MP高頻無線電臺 高頻通信的利弊 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：
圖六 地球電離層對高頻無線電波的反射
圖七 電離層的示意圖，注意最下方的D層只在白天存在 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(xùn)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。
圖八 巴特雷公司的RPC-4090系列戰(zhàn)術(shù)高頻無線電臺 高頻通信的復(fù)興
高頻通信的優(yōu)勢也帶來了該領(lǐng)域不斷的技術(shù)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(yīng)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。科林斯公司聲稱，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(yīng)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。 圖九 科林斯公司的URG-IV高頻無線電臺 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(yīng)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(fù)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(dǎo)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(dǎo)彈進行了反衛(wèi)星（Anti-Satellite，ASAT）武器的測試。在該測試中，導(dǎo)彈摧毀了DRDO的Microsat-R地球觀測衛(wèi)星。 圖十 印度在去年3月進行的反衛(wèi)星實驗
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。 圖十一 俄羅斯陸軍裝備的Protek公司R-330ZH “居民”電子戰(zhàn)系統(tǒng) 高頻通信的新創(chuàng)新
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(shù)的出現(xiàn)極大地簡化了其使用。ALE技術(shù)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(yīng)反應(yīng)的無線電收發(fā)器和通信網(wǎng)絡(luò)。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(shè)備可能能夠通過學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)是認知無線電技術(shù)的核心。 圖十二 ALE技術(shù)是高頻無線電技術(shù)的一大創(chuàng)新
泰雷茲公司開發(fā)了HF XL概念技術(shù)。HF XL技術(shù)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。 圖十三 泰雷茲公司關(guān)于高頻無線電通信網(wǎng)絡(luò)的示意圖 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(shù)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。 (中國集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：李俊勇) |
