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超短波通信在复杂电磁环境下的性能提升技术研究

武德勇1 丁辉2 覃恒翔3 王恕2

1.中国人民解放军65426部队102分队;2.中国人民解放军66336部队51分队;3.中国人民解放军75180部队72分队

摘要: 复杂电磁环境会严重影响超短波通信质量,为确保通信设备的正常运作,需要针对性地采取相应的抗干扰措施,以有效提升超短波通信质量。本文阐述了短波通信系统及超短波传播特性,介绍了超短波通信质量的影响因素,并对数字化中频、Ad hoc网络、混合技术以及智能天线技术等几种有效应用在复杂电磁环境中的抗干扰技术进行了详细分析。同时,本文分析了未来超短波通信在微型化、智能化以及模块化方面的发展趋势,旨在为提升超短波通信质量提供必要支持。
关键词: 复杂电磁环境;超短波通信;抗干扰能力
DOI:10.12721/ccn.2024.157331
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1、引言

超短波通信装备在现代军事通信和民用通信中扮演着重要的角色,能够提供高速、稳定的通信能力。其工作频段一般在3MHz至30MHz之间,具有信号传输距离远、穿透性强、抗干扰能力强等特点,因此在远距离通信和复杂环境下具有较大的优势。然而,在复杂的电磁环境中,超短波通信装备面临着电磁干扰、电磁兼容性等问题,其性能可能会受到影响。因此,评估和研究超短波通信装备在复杂电磁环境中的适应能力,对于提高其可靠性和稳定性具有重要意义。

2、超短波通信质量的影响因素分析

2.1 频段因素

超短波自身的通信质量不可避免地会受到多方面因素的影响,其中超短波有着独有的使用范围,这也在一定程度上决定了若是采用规定通信的方式,则势必会提升其通信质量。但若是移动通信所处的环境面临着电磁所造成的干扰,便会产生一定的多径衰落现象。有诸多因素如电磁因素会对频段产生影响,具体包括电磁脉冲干扰以及环境电磁干扰等。

2.2 距离限制

超短波不仅可以使用对地的方式进行通信,还能够在空中实现通信,距离的限制会影响超短波通信的质量。例如,若是采用舰载或者是车载电台,那么其发送距离便能够达到十几公里或者是几十公里,但如果所使用的是机载电台,那么其通信距离则能够高达100公里左右。

2.3 战术协同通信

战术协同通信作为军事通信的重要组成部分,在实际实施的过程中经常会涉及超短波通信的应用,这一环境下有着更为严重的电磁干扰问题。通常情况下,协同通信都是运动通信的状态,超短波会同时进行收发通信的工作,但这种通信会增加出现电磁波干扰的可能性。

3、复杂电磁环境对超短波通信装备效能的影响及适应性评估

3.1 影响

针对超短波通信装备而言,能影响其正常运作的复杂电磁环境很多,既包括频带内信号环境,还涉及频带外信号环境。在复杂电磁环境中,互调干扰是其中比较关键的组成部分。例如,在同一个接收机输入端中,若是存在两个或多个干扰信号的接入,而干扰信号面临着接收机非线性影响,那么便会产生混频的现象,进而滋生互调干扰信号。但从实际情况来看,这种互调干扰信号的频率基本上同有用频率相近,会影响装备的正常通话,极大程度上增加设备损坏及信号失真的可能性。镜像频率同样会造成电磁干扰,主要是受到前段滤波器的影响,若是其选择不足,便会影响镜频信号的抑制效果,进而形成中频干扰信号,严重制约后端解调成效。如果接收机前段电路本身选择性相对较差,有可能会产生中频干扰的现象。

3.2 适应性评估

评估超短波通信装备在复杂电磁环境中的适应能力,具有重要的研究意义。评估的目标是根据实际情况,进行电磁环境的建模和仿真,在各种复杂电磁环境下对超短波通信装备的适应性进行测试和评估。

3.2.1 电磁环境建模和仿真

根据实际情况,搜集和分析各种电磁环境下的干扰源和兼容性问题。基于搜集到的数据,进行电磁环境的建模和仿真,以便后续的评估工作。

3.2.2 适应性测试

在搭建好的仿真环境下,对超短波通信装备进行适应性测试。测试内容包括通信质量、通信速率等方面。通过测试,可以了解超短波通信装备在不同复杂电磁环境下的表现,并对其适应性进行评估。

3.2.3 优化改进

根据评估结果,分析超短波通信装备在不同电磁环境下的适应能力差异,并针对性地提出优化改进的方案。可以通过加强抗干扰功能、改进电磁屏蔽措施等方式来提高超短波通信装备的适应能力。

4、超短波通信在复杂电磁环境下的性能提升技术研究

4.1 功率自适应技术

功率自适应技术可以根据敌方干扰电平的高低自动调节发射机输出功率的大小,始终保持足够的信噪比,对敌方干扰能有效地予以抑制。当敌方干扰信号强时,发射机输出功率随之增大;当敌方干扰信号弱时,发射机输出功率随之减少。

4.2 跳频综合抗干扰技术

在频率域上,可以运用多种跳频综合抗干扰技术,以提升超短波通信装备在复杂电磁环境中的性能。

4.2.1 空闲信道扫描与跳频共用技术

该技术能有效地对付阻塞干扰和定频干扰。

4.2.2 直扩与跳扩综合抗干扰技术

该技术具有在信息量和伪码序列速率一定的前提下,扩频处理增益更高、抗干扰能力更强的优点。

4.2.3 变速跳频抗跟踪式干扰

变速跳频即频率自适应跳频,一部电台设置有几种跳频速率,能够根据战场电磁干扰的性质和强度,通过控制程序或按某种预置的协议自动连续地或随机地改变跳频速率,不断扰乱干扰方的跟踪部署,进一步提高抗跟踪式干扰的性能。

4.3 跳时或瞬间通信技术

瞬间通信即猝发通信,它在通信的时间上有很大的随机性,将信息以高速率数据方式发送出去。它和跳频不同的是在同一频率上只出现一次,因此没有先验概率,从而提高了通信系统的抗干扰能力。

4.4 数字化中频技术

数字化中频技术是通过将中频信号进行数字化处理,以提高通信系统的抗干扰能力和灵活性。数字化中频技术可以实现信号的精确控制和调整,提高通信系统的稳定性和可靠性。

4.5 Ad hoc网络技术

Ad hoc网络技术是一种自组织的无线通信网络,具有灵活性和可扩展性强的特点。在复杂电磁环境中,Ad hoc网络技术可以通过动态调整网络拓扑结构和频率资源,以提高通信系统的抗干扰能力和可靠性。

4.6 混合技术

混合技术是将多种抗干扰技术进行有机结合,以提高通信系统的综合抗干扰能力。例如,可以将功率自适应技术、跳频技术和直扩技术相结合,形成具有强抗干扰能力的综合通信系统。

4.7 智能天线技术

智能天线技术是一种通过自适应调整天线阵列的方向和增益,以提高通信系统的抗干扰能力和容量的技术。智能天线技术可以根据电磁环境的变化,动态调整天线的波束方向和增益,以抑制干扰信号,提高通信系统的性能和稳定性。

五、结语

在复杂电磁环境下,超短波通信的性能提升技术研究对于确保通信的可靠性、稳定性和安全性具有重要意义。通过深入研究,我们探索了多种技术手段,如自适应信号处理、智能抗干扰策略以及多径效应利用等,以应对复杂电磁环境中的各种挑战。这些技术不仅提高了超短波通信的抗干扰能力和传输效率,还为其在复杂环境下的广泛应用奠定了坚实基础。未来,我们将继续深化相关研究,不断推动技术创新和突破,以期在超短波通信领域取得更多成果。同时,我们也期待与业界同仁携手合作,共同推动超短波通信技术的持续进步和发展。 

参考文献:

[1]赵晋宇. 超短波跳频通信系统关键技术研究与FPGA实现[D]. 陕西:西安电子科技大学,2013.

[2]罗俞坤. 对基于复杂电磁环境下超短波通信抗干扰强化技术的几点探讨[J]. 长江信息通信,2022,35(5):145-147.