對空通信，對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，其繁忙程度號稱亞洲第一，世界第二。類比地面，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

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

通信系統(tǒng)的一般模型

實現(xiàn)信息傳遞活動所需要的所有技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介的整體，統(tǒng)稱為通信系統(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。如麥克風(fēng)把聲音轉(zhuǎn)換成音頻信號，攝像機(jī)把圖像轉(zhuǎn)換成視頻信號等。

發(fā)送設(shè)備：針對給定信道，將原始電信號變換為適合在信道中傳輸?shù)奶囟ㄐ盘柌嵤┌l(fā)送。如調(diào)制、編碼等。

信道：信號傳輸通道，通常指信號傳輸?shù)奈锢砻浇椋绱髿?、水下、地表等?/p>

噪聲源：噪聲來源于系統(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中恢復(fù)相應(yīng)的原始電信號。

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

二、對空通信的信道選擇

對空通信的信道選擇，其實是帶有強(qiáng)制性的，沒有更多選擇。

無線電通信，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；涵蓋超長波、長波、中波、短波、微波等波段。對應(yīng)關(guān)系歸納于下表：

可以看出，對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。

對于電磁波，波長越長，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，但事實上，散射沒有實際運用。

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

折射/反射依賴于大氣電離層，也稱天波。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活動影響，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，也稱空間波。

三、對空通信的頻移干擾

對空通信，除了信道選擇以外，還面臨著頻移問題。頻移也是移動通信面臨的共性問題，源于移動平臺與通信基站之間的相對運動。相比之下，對空通信面臨著更為嚴(yán)重的頻移問題。

移動通信的多普勒頻移

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)信號發(fā)出者和接受者發(fā)生相對運動時，接受者接收到的信號頻率和發(fā)出的信號頻率是不同的，當(dāng)二者接近時，頻率升高，當(dāng)二者遠(yuǎn)離時，頻率降低。這種現(xiàn)象被稱為多普勒效應(yīng)，相應(yīng)的信號頻移被稱為多普勒頻移。

近年來，隨著高鐵的出現(xiàn)和提速，高鐵的移動通信問題引發(fā)社會關(guān)注。研究表明，當(dāng)時速低于250千米時，多普勒頻移可以忽略；當(dāng)時速高于250千米時，多普勒頻移會引發(fā)嚴(yán)重的掉線脫網(wǎng)等問題。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/時左右，戰(zhàn)斗機(jī)超過了1000千米/時。因此，對空通信面臨著更為嚴(yán)重的多普勒頻移。

好在通過感受飛機(jī)的飛行速度，可以計算出由此引發(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)信號發(fā)出時的原始頻率。長期以來，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，以更好地滿足空地通信的要求。

【作者簡介】李清，退役空軍大校，航空工業(yè)集團(tuán)公司特級技術(shù)專家，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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