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1 # 兔哥哨位
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2 # 稀星天外
雨林和戰術無線電通訊可以說是天生的冤家對頭,無法共存。幸運的是,在確保士兵可以在茂密的植被中繼續通訊方面,我們已經有了一些進步。
雨林的挑戰“由於植被會吸收無線電波,無線電通訊在叢林中受到了嚴重限制,難以透過茂密潮溼的叢林植被傳播足夠長的距離。”摘自《美國陸軍叢林戰術通訊研究》該檔案出版於1968年。此時,美國已經公開參加越南戰爭三年。美國在這個將近48%的國土都被熱帶雨林覆蓋的國家流盡了鮮血。
圖一 茂密的熱帶叢林不但讓視線受到阻礙,同時也限制了無線電通訊
熱帶雨林幾乎是頻率在30MHz至3GHz的常規甚高頻/超高頻(VHF/UHF,Very High Frequency/Ultra High Frequency)戰術通訊的一個噩夢。VHF/UHF通訊方式是直線傳輸的。例如,一個距離地面三米高的VHF/UHF天線的訊號覆蓋半徑約為7公里。但是,這一距離的前提是一個良好平坦的開放空間,中間沒有任何可以阻礙這些無線電波傳播的障礙。由於樹冠和豐富的植物,茂密的叢林中無法提供這種良好的條件。在越戰期間,美國陸軍發表的另一份研究野戰炮兵技術的檔案指出,叢林植被可以使VHF/UHF無線電通訊距離減少10%至60%。 這種通訊距離的減少不僅給士兵,班和排帶來麻煩,而且也對地對空/空對地通訊造成影響。
雨林對通訊距離的主要影響是潮溼茂密的樹葉和樹冠會吸收無線電訊號。此外,環境條件也會給硬體帶來挑戰。水和電從來不是好朋友,溼度會提高戰術無線電臺工作的環境溫度。大多數熱帶雨林都有自己的極端潮溼的氣候,夜間降雨和雷暴加大了氣候影響。
因為通訊距離可能會受到高大樹冠的極大限制。現代戰術無線電臺使用“移動自組織網路(Mobile Ad-hoc NETwork,MANET)”技術建立通訊網路——每個收發器在作為傳送器和接收器的同時,還自動扮演通訊中繼器的角色。這樣,通訊資料就可以從無線網路中的一個無線電臺跳到通訊範圍內的另一個無線電臺,依此類推,直到到達接收者為止。儘管這提供了部分解決方案,但仍受到電臺間通訊距離的限制。因此,一個在開闊的沙漠中使用的MANET網路的步兵營由於收發器間沒有障礙可以覆蓋更大的地理空間。在通訊距離要近得多的叢林中MANET的覆蓋範圍將減小很多。在叢林中,MANET無線電所具有的建立系統網路和中繼訊號的能力,可以擴充套件通訊範圍。在對無線電訊號高吸收環境中,動態傳輸路徑變得極為重要。通訊網路需要能夠實時選擇最佳的傳輸路徑,儘量減少因為使用者節點的增減對整個網路造成的影響。
圖二 MANET的本質就是讓網路中的各個節點都可以是其他節點的通訊中繼,資料傳輸將自動選擇最優的路徑進行。當節點發生變化,如增加和減少,網路的拓撲會跟著發生變化
叢林通訊是東南亞和南美地區軍隊關注的問題。儘管隨著經濟的發展,世界雨林因為森林砍伐縮水很多。但這些地區的絕大部分仍然被雨林所覆蓋。因此,上述地區的未來衝突極有可能全部或部分取決於叢林戰鬥的勝負。尤其是在反叛亂作戰中,那些反政府游擊隊特別擅長利用叢林來掩藏,組織和發起作戰。叢林的特殊地形還帶來了其他挑戰,特別是限制了車輛的行駛區域,因此對於徒步步兵更加依賴。可靠的單兵、班際間通訊在叢林作戰中尤為重要。
圖三 Codan公司的Sentry-U 6160-PR手持式單兵無線電臺可以提供班內和班際通訊,以支援叢林作戰。
通訊傳輸波形正如在上世紀60年代所做的那樣,美國陸軍再次成為推動改善叢林戰術通訊研究工作的主要力量。2014年,美國國防部的小型企業創新研究網站釋出了一份戰術通訊系統的招標書,該系統要求可以提供2MHz~60MHz的通訊頻寬,為部隊提供靜態和行動通訊。該系統的最大技術挑戰是,無線電必須能夠將訊號穿過叢林樹冠層傳送到安裝在飛機或者人造衛星上的無線電中繼站;後者會再將訊號下發到地球,再次穿過樹冠層到達接收者。位於俄亥俄州辛辛那提市的網格系統公司(Gird Systems)贏得了這一挑戰。它最初展示了一種能夠穿透樹冠層以提供語音和資料通訊的通訊系統。短短兩年後,該公司在2017年又獲得了一項價值近100萬美元的進一步合同。該合同要求網格系統公司為美國陸軍建造其未來系統原型。
網格系統公司方法的核心是一個與軟體定義無線電原型一起工作的波形。本質上說,波形是無線電臺用於以特定方式傳送以完成特定任務的軟體演算法。例如,地對空/空對地通訊將要求無線電裝置具有特定的訊號放大能力,頻寬和傳輸安全性,以確保地面上計程車兵可以有效地與飛機進行通訊。戰術無線電臺中將預先載入定義好的波形。這樣,操作員就不需要在每次想要以特定方式進行通訊時手動調整其設定。迄今為止,網格系統公司的技術已經證明,它可以在茂密的叢林中達到56.3公里(35英里)的傳輸距離。更重要的是,這一測試結果是在低信噪比下實現的。也就是說,傳輸資料的波形強度和環境背景噪聲很相近。這正是叢林環境下,無線電通訊的典型特徵。
圖四 MOUS波形可以穿透叢林的樹冠層
美軍的“移動使用者目標系統(Mobile User Objective System,MUOS)”窄帶軍事衛星通訊系統專案著重於研究可以幫助部隊在叢林中進行通訊的波形。該專案提供了一種波形,可以在300MHz至3GHz的波段上進行衛星傳輸通訊。儘管MUOS是窄帶甚高頻波形,但它可以移植到美軍現有的戰術無線電中。例如,美國陸軍裝備的覆蓋30MHz至3GHz頻段的通用動力公司AN/PRC-155和L3哈里斯AN/PRC-117G VHF/UHF行動式無線電臺就已經加入了MUOS波形。該波形的設計使其可以在操作性和清晰度方面為士兵提供“手機”般的連通性,並且使訊號可以穿透叢林。
圖五 AN/PRC-155揹負式無線電臺
圖六 AN/RPC-117G超高頻/甚高頻無限電臺
截至2018年5月,除了前面提到的兩種無線電裝置外,以下裝置也可以應用MUOS波形,其中包括:通用動力公司的AN/USC-61C高頻(High Frequency,HF,3MHz至30MHz)和VHF/UHF海事無線電,以及美國陸軍的L3哈里斯公司AN/PRC-158揹負式收發報機,柯林斯航空航天公司的AN/PRC-162 TruNet VHF/UHF行動式/車載無線電,美國五大軍種全部使用的該公司另一產品——AN/ARC-210 VHF/UHF可程式設計機載無線電臺和同樣為美國全軍使用的L3哈里斯公司的手持式AN/PRC-163 VHF/UHF收發報機。與叢林通訊有關的MUOS波形的最大吸引力在於,它可以被新增進上面列出的那些無線電裝置中,而無需購買新的收發器。其次,該波形可以在靜止或移動狀態下使用,而所需的衛星通訊基礎設施最少。但是,MUOS僅提供窄帶通訊。此外,作為美軍專有波形,某些國家可能無法使用它,也無法獲得可以載入它的無線電臺。
圖七 AN/USC-61C艦載無線電臺
圖八 AN/PRC-158揹負式發報機
圖九 AN/ARC-210可程式設計通訊系統
圖十 AN/PRC-162電臺
圖十一 AN/RPC-163手持式無線電臺
降低通訊頻率解決叢林戰術通訊的另一種方法是使用比VHF/UHF,甚至高頻(High Frequency,HF)更低的頻率進行傳輸。頻率在30KHz至300KHz的低頻波段(Low Frequency, LF)以及300KHz至3MHz的中頻波段(Medium Frequency,MF)都採用採用表面波傳輸。利用表面波通訊的好處在於,它們遵循地球的曲率,而不是像VHF/UHF通訊的直線傳播。這一特性使LF和MF可以實現超視距傳輸。 儘管如此,使用較低的通訊頻率有其自身的缺陷。首先,通訊傳輸的效率將取決於傳輸所經過的地形。地面或土壤中的水分特別是沼澤為LF/MF通訊提供了良好的傳導性。但在相對乾燥的城市和沙漠地區的連通性較差。雖然熱帶雨林潮溼的地面正是LF/MF通訊良好的工作環境,但LF和MF無線電的機動性較差。中頻無線電天線的長度可能在25m至250m之間。這使徒步和機動巡邏幾乎用不上它,只能在固定的前進作戰基地(Forward Operating Base,FOB)使用。但是,即使存在叢林的掩蓋,也如此大的天線依然需要很好地偽裝。
圖十二 如此之高的中波通訊天線只能用於固定的前沿軍事基地
另一個挑戰是較低頻率適合語音通訊,但在需要訪問影片和感測器資料等高頻寬應用時,其資料處理能力較弱。在叢林環境中,高頻通訊無法獲得更多的應用,因為這些訊號會遭受明顯的頻率衰減。衰減是一種現象:當訊號在傳播過程中並遇到固體物體,如:建築物、大氣、人和動物時,其強度會減弱。豐富的植被可能導致高頻訊號的嚴重衰減問題,從而導致訊號強度損失。這減少了應用表面波進行地對地通訊時的通訊距離,以及高頻無線電可以處理的資料量。可喜的是,高頻無線電可以使用電離層進行天波通訊。電離層是介於據地面高度60公里至1,000公里間的大氣層。高頻訊號不能穿透電離層,相反會被反射回地球,這使它們能夠實現洲際通訊。但在進行天波傳輸時,高頻無線電仍然需要可以穿透數樹冠層的天線來收發訊號。這就讓它和LF/MF產品一樣,更適合裝備諸如FOB這樣的固定站點。
圖十三 高頻無線電的天波通訊
圖十四 熱帶叢林通訊在很長時間裡仍將是各國軍隊面臨的一個難題
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3 # 裝備空間
高溫、高溼度、複雜地形和茂密的植被對於無線電通訊和無線電臺本身正常工作來說都是非常不利的,這一點很早就被人們發現了,第二次世界大戰時盟軍在南太平洋戰區的無線電通訊就頻繁失靈。根據研究和試驗,熱帶/亞熱帶叢林地區的惡劣壞境、複雜電磁環境和嚴重的損耗是其成為無線電通訊天敵的主要原因。
熱帶叢林地區的環境特點及其影響首先,熱帶叢林地帶的高溫和高溼度是大家都瞭解的,這些地區的年平均氣溫在25℃左右,極端高溫可能會超過40℃,年降雨量大於2000mm,平均溼度能夠達約90%,在雨林深處溼度甚至能達到99%。最基本的一點,溼熱環境容易造成電子裝置的損壞。
其次,熱帶叢林可謂是“林密草深”,密林內的能見度低於6米,許多叢林的樹高達到40米,整個叢林環境會構成一個“弱色散、強損耗”(關於色散的問題,這裡不再贅述)的隨機不均勻介質層。這裡就涉及到很多專業知識,大家只需要知道這種介質環境對無線電波有強烈的吸收和散射作用,使無線電臺天線的輻射效率大幅下降就行了。
再次,大多數熱帶/亞熱帶叢林也是“天無三日晴,地無半里平”這種環境,其內多山多溝壑,交錯相連,叢林內的平整地形長度普遍不超過5公里,山丘比高大多200-500米,地形多變也對無線電通訊產生一定影響
最後,熱帶地區的氣候普遍多雷雨,頻繁的雷電造成大氣無線電噪聲電平(指噪聲級別)高;並且熱帶地區電離層可用頻段隨晝夜、季節變化劇烈,有很明顯的“赤道異常”現象,所以也導致這些地區的電磁環境非常惡劣。
對於熱帶叢林地區無線電通訊的研究和試驗對於熱帶叢林地區的通訊問題理論研究基本上開始於上世紀五十年代左右,美國在越南戰爭前期專門在泰國專門進行了五年的試驗和現場測量,後來各國的研究測試領域也逐漸從HF/VHF頻段擴充套件到UHF和微波頻段,顯示出叢林通訊問題的研究已經從單純的地面通訊問題發展到涵蓋空中偵查通訊、電子對抗和衛星聯網的領域。
實際上目前我們關於熱帶叢林介質傳播理論的研究還存在不少“短板”,各種研究方法如“射線法、映象法、阻抗邊界條件法”等也都存在其侷限性,需要發展新的研究方法和測試裝置,只有不斷健全理論研究,開發測試裝置、培養測試隊伍,才能更全面、更貼近實際的搞清楚“叢林通訊的傳播模式、叢林環境傳播損耗”,由此才能建立出有效的數學模型和計算公式,進一步制定和開發出適合熱帶叢林使用的通訊裝置。
▲叢林通訊的基本傳播模式
目前來說,在有叢林覆蓋的通訊環境下,按不同的傳播介質可以大致分為四個區域:電離層、空氣(含對流層)、叢林和地面(包括山峰、山谷、平地等),當無線通訊的收發天線都在叢林中時,其傳播模式和路徑是複雜、多樣的,不同模式間的組合有很多。簡化研究的,實際(頻率和環境的不同)可以利用的模式主要有四種“側面波模式、天波模式、刃峰繞射模式和組合模式”。關於這部分內容因為過於晦澀和學術性過高就不再多說了,只是要搞好叢林通訊,就必須搞清楚各種傳播機制。比如說,關於HF/VHF頻段的側面波傳播機制研究已經非常透徹了,而且關於HF/VHF頻段的叢林環境電波傳播試的驗資料也有大量的積累,這樣結合其傳播模式和資料分析,就能夠建立出叢林平地、叢林山嶽、叢林丘陵等各種典型地形條件下和天波穿透叢林枝葉覆蓋的電波傳播損耗計算公式(建立公式後還需要再用試驗區驗證),並確保該公式模型貼合實際情況,就可以把計算公式直接用作叢林通訊的實際設計以解決相應的問題。
理論研究和試驗測試做完之後,剩下的就是看相關工業的設計水平和製造水平了,至少熱帶雨林軍用無線電通訊裝置需要具備耐高溫、防水性好、輕量化、可靠性高等特點。美軍在上世紀九十年代末開始配發的IC-F3S行動式甚高頻無線電臺主要用於“下級通訊”(士兵對講機)。該無線電臺在批次投入使用前,美國還在位於巴拿馬的美國陸軍熱帶試驗中心進行了長期的標準戰鬥演習測試,整個熱帶雨林實際測試在溫度23-32℃,日均降雨12mm,平均溼度87%的巴拿馬叢林中進行,這種“單兵無線電臺”在累計1170小時的工作時間中只發生1次故障(工作模式為80%時間待機、10%時間傳送、10%時間接收)。
總之,熱帶叢林通訊問題如何克服,需要深厚的理論研究、大量的科研實驗和實地測試,有較強的無線電裝置設計和製造企業就可以,和任何領域的裝置研製都是一樣的,無非是難易程度不同而已。
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4 # 戰情解碼
無線電通訊主要是透過無線電在空氣介質中傳播來實現的,通常來說無線電傳輸受到環境和地理因素的影響比較大。而熱帶雨林由於地形高低起伏,有山地有峽谷還有大量的植被覆蓋,這些因素疊加在一起就形成了很多不利於無線電傳播的客觀因素,導致在熱帶雨林中無線電的通訊效率會受到很大的影響。熱帶雨林也因此成為了無線電通訊的高危區域。
(無線電的傳輸會受到地理環境的影響)
類似於手機在平原地區的訊號要好於山地區域,無線電在空曠地區的傳播效果要比在複雜地形中好得多。而熱帶雨林的地理條件比較特殊,也相對複雜。熱帶雨林通常存在這山地、峽谷、淺灘等多種地形地貌,導致無線電的傳播會受到地理環境的阻隔。同時,由於熱帶雨林植被茂盛,通常存在高度的樹木和茂盛的灌木,對於訊號的傳輸也存在很大的遮蔽顯現,導致訊號無法順利的傳遞。
(熱帶雨林地形複雜,植被茂盛)
此外,由於熱帶雨林植被茂盛,大量的水汽漂浮在空氣中。無線電在這樣的環境下傳輸會發生大量的反射和折射,使得無線電的傳輸存在嚴重的衰減,傳輸範圍相比於空曠的地區會大幅度下降。而且潮溼的水汽會大量腐蝕通訊裝置,導致通訊裝置受潮損壞,從而使得本就在熱帶雨林中通訊不便的情況,變得更加困難。越南戰爭中美軍的隨身攜帶的通訊裝置,經常受到越南潮溼悶熱的熱帶雨林環境侵蝕而導致損壞。約有37%的電臺損失都是由於受潮等故障損失的。
(熱帶雨林的環境比較潮溼)
(通訊裝置很容易受到熱帶雨林的環境影響而出現故障)
可見,熱帶雨林的通訊問題是各軍事大國所重點研究的問題。特別是南征北戰的美軍,由於有了越南戰爭的經驗,對熱帶雨林的通訊問題非常關注。美軍的主要做法在於提升無線電通訊裝置的效能和效率,並可以和衛星通訊系統聯網,成為美軍全球通訊系統的一部分。研究熱帶雨林環境的訊號傳輸方式,並研究不同通訊頻段下在熱帶雨林的傳播模式、傳輸效率,以及利用小型無人機作為中繼通訊平臺等方式提升無線電通訊的效能和效率。與此同時,研究無線電通訊裝置的技術保養措施,避免因潮溼等環境問題而引起裝置損壞。透過這些方法的研究從而達到提高熱帶雨林區域內的通訊效率的目的。
(網路化的衛星、無人機中繼通訊系統)
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5 # 212對講機行業
這個原理和在城市裡遮擋的多一樣的套路。在熱帶雨林裡面,你要麼放雞蛋,你靠植皮那是很困難的。對講機的直屏叫不遠的,除非在高的地方放機站,請參照我們天朝的森林,公安的基站。
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6 # 風吹6700
裝置的環境適應性應該不成問題,主要還是無線電傳播阻礙。遠端通訊最實用的方法就是備一條長線天線,投掛在樹上。
回覆列表
兔哥回答:無線電臺能夠實現無線通訊,是由無線電波在空氣介質中傳播,無線電波的傳播也是受傳播介質影響的。空氣中的溫度,溼度,以及地理環境,季節環境都會對無線電波訊號傳播造成影響。我們都知道手機訊號都需要有一個比較高的發射塔,而且是按照距離佈設,其實這些相當於無線接力傳輸站,保障訊號能夠廣域性的覆蓋。無線電波特殊的傳輸性質,導致無線電波的傳輸對環境因素依賴很大,熱帶無線電波的傳輸和其它地區的訊號傳輸並不一樣,是有一個無線電波衰減的因素,因此,研究熱帶無線電通訊到現在依然是一個重點研究領域。
無線電傳播和地理環境因素息息相關,熱帶地區是一個特殊的地理環境,表現為緯度低,溼度高,而熱帶雨林植被茂盛,地貌複雜,導致熱帶雨林地區的無線電通訊受地理環境因素影響非常大。無線電在熱帶雨林地區的主要影響因素就是影響因溼度造成的雨衰,對流層閃爍,大氣波導被植被造成訊號衰落,另外,熱帶海域無線電波也受到鹽度等因素的影響。熱帶雨林地區對於無線通訊的影響從地面、水面,植被引起的附加訊號衰減,以及電流層,對流層對於訊號造成的折射,散射衰減。
熱帶雨林地區的特點除了溼度高,能夠對無線通訊電磁波產生電導衰減,茂密的植被也是一個重點因素,熱帶雨林地區的植被非常茂密,而且是從高大的樹木,到繁雜的灌木叢,通常都是有幾層遮蔽層,這些植被存有大量水分,在高溫作用下產生大量水蒸氣。例如,一些熱帶雨林地區常年霧氣濛濛,氣壓低,人行進在地面有一種壓抑感,而這些植被同樣能夠使無線電波訊號傳輸發生折射、散射、遮蔽和造成訊號傳輸阻擋效應,影響無線通訊。無線電波在空中傳輸主要介質涉及最低處的對流層,到平流層,電離層,磁球層。而對流層就已經是熱帶雨林地區無線電波訊號傳輸的瓶頸了,能夠到平流層也就沒有問題了,而對流層這個層面對電波訊號傳輸的影響表現為射線路徑彎曲,大氣波導傳輸,去極化以及溼度造成的衰減。所以,無線電波訊號傳輸在對流層的影響最大,也是一個難題。熱帶雨林地區軍用無線通訊技術到現在依然是一個全球性的技術難題。這類技術措施如何應對也是一個各國都秘而不宣的高級別保密技術,無線電通訊都有一個或是多個通訊通道,但不論是哪個通道都是嚴格保密的,無線電通訊通道可不是隨便就能改變的,一旦被對手獲得想改很難,因此,除了保密,還要有加密措施,密碼通訊等防範措施。美軍是無線電通訊最發達的國家,擁有數量繁雜的各類通訊電臺,而能在熱帶雨林地區通暢使用的美國也做不到。
越南戰爭中,美軍使用的大量通訊電臺就遭遇了熱帶雨林環境的破壞,一個月就損壞了越南戰場上電臺總量的37%,隨後,熱帶地區通訊問題也成了美軍重點研究領域,但依然無法徹底解決。通常的做法有兩大塊,一個是效能提升,加大功率,並且和衛星資料對接,提高通訊輸送效率。美軍正在用“寬頻全球衛星通訊系統(WGS)、移動使用者目標系統(MUOS)、先進極高頻系統(AEHF)代替國防衛星通訊系統(DSCSⅢ)、特高頻後繼星系統(UFO)、軍事星系統(Milstr)”等。美軍提出了“全球資訊柵格(GIG)”計劃,目標是把美國三軍的通訊系統整合成一個三軍通用的全球通訊網路。
二是技術保養措施,為了適合熱帶雨林地區通訊使用,對通訊裝置的防潮溼採取技術措施,保證通訊電臺出現短路等問題。熱帶雨林地區通訊目前已經有了改變,利用無人機做為中繼接力傳輸,美國就有專門的通訊中繼機,E11A在阿富汗就被打下一架。受環境特殊因素影響,美軍在熱帶雨林地區的通訊依然是藉助外力來實現,本身並做不到無限暢通,如果沒有外力幫助也只能是跑山頭上,或者是爬樹上去試試了,或者是等回去再說吧。當然,這是指對外通訊,團隊之間的通訊依然能用,只要別拉開太遠距離。以上是兔哥個人觀點,歡迎關注兔哥,歡迎探討評論!圖片來源網路。