對(duì)空通信，對(duì)于建立正常的飛行秩序、保障飛行安全不可或缺。以首都機(jī)場(chǎng)為例，日均起降飛機(jī)1600多架次，平均50秒一架，其繁忙程度號(hào)稱(chēng)亞洲第一，世界第二。類(lèi)比地面，空管就是交警，飛行員就是司機(jī)。飛機(jī)起降階段，空管人員要完成飛機(jī)的高度、航路、航線、起/降時(shí)間、跑道、停機(jī)位等的協(xié)調(diào)與分配，飛行員要完成一系列的檢查與操作，所有這些都需要可靠的空地通信予以保障。否則，空中交通將亂成一鍋粥。

一、通信的基礎(chǔ)知識(shí)

通信，是指信息供需雙方或者多方通過(guò)某種行為或媒介進(jìn)行的信息傳遞活動(dòng)。例如，在軍用機(jī)場(chǎng)，打一發(fā)綠色信號(hào)彈表示開(kāi)飛，打一發(fā)紅色信號(hào)彈表示停飛。

通信系統(tǒng)的一般模型

實(shí)現(xiàn)信息傳遞活動(dòng)所需要的所有技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介的整體，統(tǒng)稱(chēng)為通信系統(tǒng)。著眼共性特征，通信系統(tǒng)可以抽象為如上所示的一般模型。

信源：消息的發(fā)源地，將各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)。如麥克風(fēng)把聲音轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，攝像機(jī)把圖像轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)等。

發(fā)送設(shè)備：針對(duì)給定信道，將原始電信號(hào)變換為適合在信道中傳輸?shù)奶囟ㄐ盘?hào)并實(shí)施發(fā)送。如調(diào)制、編碼等。

信道：信號(hào)傳輸通道，通常指信號(hào)傳輸?shù)奈锢砻浇椋绱髿狻⑺隆⒌乇淼取?/p>

噪聲源：噪聲來(lái)源于系統(tǒng)中的各種設(shè)備和信道，為了便于分析，將其集中表示，視為一個(gè)整體。

接收設(shè)備：完成發(fā)送設(shè)備的反變換，如解調(diào)、解碼等，并從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)相應(yīng)的原始電信號(hào)。

信宿：信息傳輸?shù)臍w宿點(diǎn)，將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。

二、對(duì)空通信的信道選擇

對(duì)空通信的信道選擇，其實(shí)是帶有強(qiáng)制性的，沒(méi)有更多選擇。

無(wú)線電通信，常用四種信道：地表、水下、大氣、真空；分別采用三種傳播方式：繞射、折射/反射、直射；涵蓋超長(zhǎng)波、長(zhǎng)波、中波、短波、微波等波段。對(duì)應(yīng)關(guān)系歸納于下表：

可以看出，對(duì)空通信適于選擇短波、超短波和微波波段，采用折射/反射和直射兩種傳播方式。相應(yīng)的技術(shù)手段包括無(wú)線電通信、衛(wèi)星通信和數(shù)據(jù)鏈通信。

上述結(jié)論，可以從電磁波的波粒二象性進(jìn)行解釋。

對(duì)于電磁波，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波的特征越明顯，繞射能力越強(qiáng)，超越障礙的能力也越強(qiáng)，衰減慢，傳播遠(yuǎn)；波長(zhǎng)越短，粒子的特征越明顯，能量越集中，貫穿能力越強(qiáng)，越適于直線傳播。

理論上，電磁波可以有繞射、折射/反射、直射、散射四種傳播方式，但事實(shí)上，散射沒(méi)有實(shí)際運(yùn)用。

繞射，主要發(fā)生在地表附近，也稱(chēng)地表波。由于電磁波頻率低于100KHz時(shí)，容易被地球表面吸收，不能有效傳輸，因此地表波對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)波和超長(zhǎng)波波段。

折射/反射依賴(lài)于大氣電離層，也稱(chēng)天波。電離層高度大約距地表60千米以上，直至大氣層頂端。電離層位置與厚度主要受太陽(yáng)活動(dòng)影響，表現(xiàn)出明顯的不均勻性和不穩(wěn)定性。短波波段適于采用天波傳播，中波波段也可以采用天波傳播。

直射，適用于超短波與微波，更多體現(xiàn)波的粒子性，用于視距內(nèi)傳播，也稱(chēng)空間波。

三、對(duì)空通信的頻移干擾

對(duì)空通信，除了信道選擇以外，還面臨著頻移問(wèn)題。頻移也是移動(dòng)通信面臨的共性問(wèn)題，源于移動(dòng)平臺(tái)與通信基站之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相比之下，對(duì)空通信面臨著更為嚴(yán)重的頻移問(wèn)題。

移動(dòng)通信的多普勒頻移

早在180年前，奧地利科學(xué)家多普勒（1803-1853）就發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象：當(dāng)信號(hào)發(fā)出者和接受者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受者接收到的信號(hào)頻率和發(fā)出的信號(hào)頻率是不同的，當(dāng)二者接近時(shí)，頻率升高，當(dāng)二者遠(yuǎn)離時(shí)，頻率降低。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為多普勒效應(yīng)，相應(yīng)的信號(hào)頻移被稱(chēng)為多普勒頻移。

近年來(lái)，隨著高鐵的出現(xiàn)和提速，高鐵的移動(dòng)通信問(wèn)題引發(fā)社會(huì)關(guān)注。研究表明，當(dāng)時(shí)速低于250千米時(shí)，多普勒頻移可以忽略；當(dāng)時(shí)速高于250千米時(shí)，多普勒頻移會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的掉線脫網(wǎng)等問(wèn)題。相比于高鐵，飛機(jī)的巡航速度要大得多，大型噴氣式客機(jī)的巡航速度在900千米/時(shí)左右，戰(zhàn)斗機(jī)超過(guò)了1000千米/時(shí)。因此，對(duì)空通信面臨著更為嚴(yán)重的多普勒頻移。

好在通過(guò)感受飛機(jī)的飛行速度，可以計(jì)算出由此引發(fā)的多普勒頻移，并可以采取相應(yīng)的技術(shù)措施予以消除或補(bǔ)償，以恢復(fù)信號(hào)發(fā)出時(shí)的原始頻率。長(zhǎng)期以來(lái)，人們已經(jīng)提出了許多行之有效的算法和方法，隨著技術(shù)進(jìn)步和需求演變，目前人們?nèi)栽诓粩嗟匮芯颗c探討之中，以更好地滿(mǎn)足空地通信的要求。

【作者簡(jiǎn)介】李清，退役空軍大校，航空工業(yè)集團(tuán)公司特級(jí)技術(shù)專(zhuān)家，航空工業(yè)發(fā)展研究中心研究員，從事航空產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略與裝備體系研究。

編輯：黃飛

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