海上舰艇短波通信系统应用展望及优化研究

　　【摘要】 短波通信是海上舰艇使用的重要通信手段，因短波自身特点通信不够稳定，很难满足通信需求。本文针对海上舰艇短波通信应用现状，结合短波通信领域出现的新技术，就如何改进短波通信可靠性、提升舰艇通信保障能力进行了分析研究，提出了解决方案。

　　【关键词】 短波通信 分集合并 自适应 人工智能

　　引言：

　　舰艇在海上航行过程中，受客观条件影响，主要依托无线通信同其它舰艇或岸基指挥所保持通联。在海面常用的无线通信方式中，根据波段划分，主要分为中波、短波、超短波、微波、卫星通信等，在20世纪，短波通信作为主要通信手段，是航海时代除导航仪器外最重要的现代化通导装备。

　　随着21世纪太空卫星资源的不断丰富和卫星通信技术的飞速发展，卫星通信已越来越成为海上通信的主要手段。但卫星通信的特点决定了在特殊情况下，其受摧毁或故障性中断的可能性较大，短波通信的特点决定了其抗毁性强，且可全球通信，因此近年来关于短波通信技术的跟踪研究又在不断成为热点。

　　一、当前短波通信存在的问题

　　海上短波通信是指舰舰、舰岸间利用3-30M频率进行无线长距离通信的总称。因短波通信属于超视距通信，该波段可通过地波或天波的方式进行传输，理论上可以实现全球通信。

　　但随着无线电频谱技术的发展和舰艇用频装备的不断增加，舰用短波电台通信质量和通信可靠率近年来成逐渐下降趋势。

　　以我国黄海北部海域使用情况统计，2001年，一部125w短波电台在采用定频通信时，在100-150海里范围内，可通率达到80%以上，话音质量保持在信号3以上;但在实践中对2020年全年舰艇通信质量进行测试，相同功率电台在相同工作模式下，在70海里内仍可保持通信，但可通时间及通信质量均出现了较大幅度下降，在70海里-150海里区间内，可通率仅能保持在20%左右。

　　此外，随着舰艇用频装备的增加，舰艇各装备间通信互扰现象变得异常突出，因舰艇自身面积狭小，且受隐身技术和舰艇动力、自持力需求持续增加，舰艇天线布设变得异常困难，一艘千吨左右舰艇已部署的各类型天线约20余幅，而短波天线因传输特性所限，往往需要占用较大的占地面积，受舰艇电磁兼容性设计约束，很难利用布设大型天线阵的方式来提升通信质量。

　　短波通信在海上航行期间主要用于话音和低速率数据通信，因舰艇在海上值勤期间，各种抢险救援、渔业执法等任务需要传递的是现场即时情况通报、多舰艇任务协同，紧急事态应答处置等信息，上述信息对时效性要求较高，话音作为传输即时信息的介质具有天然的优势。但短波通信作为一种变参信道，受地域、季节、气象、波浪等因素影响较大，话音质量普遍较差，在进行通联时更多依赖于电台值守人员经长期训练获得的经验，可以对系统的工作参数进行实时调整。

　　以前舰艇报务员工作经验都在数十年以上，但随着人员岗位调整和人才流动性加大，电台值守因经验缺乏也面临着越来越多的困难。

　　二、短波新技术应用研究

　　为提高短波通信质量，满足海上任务协同通信需求，近年来，国内外在相关领域开展了大量研究，其中短波分集合并技术、频率自适应技术和人工智能认知技术等成为了研究重点。

　　2.1 分集合并技术

　　所谓分集，就是将需要传递的信息以空间、频率或时间划分的方式分隔成若干个衰落基本不相关的信号。分集种类包括空间分集、频率分集、角分集、时间分集等。

　　信号分集后还需要进行信号合并，即在接收端接收到若干条相互独立的支路信号以后，可以通过合并技术来得到分集增益。根据位置不同，可分为检测前合并和检测后合并技术。

　　短波传输信道分为地波和天波两种，其中地波通信主要用于近距离通信，受多径效应影响较大。而天波通信系主要用于中远距离通信，其利用电离层反射实现超视距通信，属于变参信道，信号传输稳定性差。

　　主要原因是：

　　1.电离层的变化会使信号产生衰落，在衰落过程中信号幅度和频率会发生相应变化;

　　2.天波通信也存在著多径效应，会产生频率选择性衰落和多路径延时。

　　选择性衰落造成信号失真，多径延时使信号在时间维度发生变化，严重限制了短波链路数据传输的质量。

　　而分集接收可以有效抵消信号衰落、提高系统信噪比。短波分集接收就是利用多个路径或频率、不同到达时间、不同编码或调制等方式去接收含有同一信息的短波信号，并将采集来的多个信号按照某种方法合并后再提取信息。它能利用多路径接收信号的不相关性获取分集效果，有效提升短波台站接收信噪比，从而减小接收信号衰落造成的影响，进一步降低误码率。只要分集接收的几个信号之间是相对独立的，则经过适当合并后就能使通信性能大为改善。但分集设计方案不够优秀，也可能无法正常解调电平很高的信号，因空中信道传输带来的的信息错误也得不到有效抑制，通信质量没有保证。

　　如舰艇编队在同一海域共同执行任务时，指挥舰需与岸基指挥所进行通信联络，在不改变现有短波台站部署前提下，可通过编队内多部电台联网方式，同时发射、接收同一信号，采取分集合并技术进一步提升短波通信质量;岸基台站则可采取多台站组网方式提高分集接收能力。

　　2.2 频率自适应技术

　　短波通信频率使用范围有限(约27Mhz)，为满足全球各行业通信需求，信道拥挤状况突出。受天气、地域、潮汐、电离层变化、海浪等多种因素影响，短波通信使用的频率对通信影响非常大，甚至白天与夜晚的用频也呈现完全不一样的特点。

　　通过使用实践来看，选择合适的短波通信频率能大大提升通信质量。但受限于操作人员技术水平，很难保证在海上航行期间动态选择理想的通信频率，通常预置的都是在舰艇离港前进行测试后固定使用的频率。

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文章名称： 海上舰艇短波通信系统应用展望及优化研究

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