什么是对空通信 空通信的信道如何选择

对空通信，对于建立正常的飞行秩序、保障飞行安全不可或缺。以首都机场为例，日均起降飞机1600多架次，平均50秒一架，其繁忙程度号称亚洲第一，世界第二。类比地面，空管就是交警，飞行员就是司机。飞机起降阶段，空管人员要完成飞机的高度、航路、航线、起/降时间、跑道、停机位等的协调与分配，飞行员要完成一系列的检查与操作，所有这些都需要可靠的空地通信予以保障。否则，空中交通将乱成一锅粥。

一、通信的基础知识

通信，是指信息供需双方或者多方通过某种行为或媒介进行的信息传递活动。例如，在军用机场，打一发绿色信号弹表示开飞，打一发红色信号弹表示停飞。

通信系统的一般模型

实现信息传递活动所需要的所有技术设备和传输媒介的整体，统称为通信系统。着眼共性特征，通信系统可以抽象为如上所示的一般模型。

信源：消息的发源地，将各种消息转换成原始电信号。如麦克风把声音转换成音频信号，摄像机把图像转换成视频信号等。

发送设备：针对给定信道，将原始电信号变换为适合在信道中传输的特定信号并实施发送。如调制、编码等。

信道：信号传输通道，通常指信号传输的物理媒介，如大气、水下、地表等。

噪声源：噪声来源于系统中的各种设备和信道，为了便于分析，将其集中表示，视为一个整体。

接收设备：完成发送设备的反变换，如解调、解码等，并从带有干扰的接收信号中恢复相应的原始电信号。

信宿：信息传输的归宿点，将复原的原始电信号转换成相应的消息。

二、对空通信的信道选择

对空通信的信道选择，其实是带有强制性的，没有更多选择。

无线电通信，常用四种信道：地表、水下、大气、真空；分别采用三种传播方式：绕射、折射/反射、直射；涵盖超长波、长波、中波、短波、微波等波段。对应关系归纳于下表：

	地表	水下	大气	真空
超长波	绕射	绕射
长波	绕射	绕射
中波	绕射、折射/反射
短波	折射/反射		折射/反射
超短波	直射		直射	直射
微波	直射		直射	直射

可以看出，对空通信适于选择短波、超短波和微波波段，采用折射/反射和直射两种传播方式。相应的技术手段包括无线电通信、卫星通信和数据链通信。

上述结论，可以从电磁波的波粒二象性进行解释。

对于电磁波，波长越长，波的特征越明显，绕射能力越强，超越障碍的能力也越强，衰减慢，传播远；波长越短，粒子的特征越明显，能量越集中，贯穿能力越强，越适于直线传播。

理论上，电磁波可以有绕射、折射/反射、直射、散射四种传播方式，但事实上，散射没有实际运用。

绕射，主要发生在地表附近，也称地表波。由于电磁波频率低于100KHz时，容易被地球表面吸收，不能有效传输，因此地表波对应于长波和超长波波段。

折射/反射依赖于大气电离层，也称天波。电离层高度大约距地表60千米以上，直至大气层顶端。电离层位置与厚度主要受太阳活动影响，表现出明显的不均匀性和不稳定性。短波波段适于采用天波传播，中波波段也可以采用天波传播。

直射，适用于超短波与微波，更多体现波的粒子性，用于视距内传播，也称空间波。

三、对空通信的频移干扰

对空通信，除了信道选择以外，还面临着频移问题。频移也是移动通信面临的共性问题，源于移动平台与通信基站之间的相对运动。相比之下，对空通信面临着更为严重的频移问题。

移动通信的多普勒频移

早在180年前，奥地利科学家多普勒（1803-1853）就发现了这种现象：当信号发出者和接受者发生相对运动时，接受者接收到的信号频率和发出的信号频率是不同的，当二者接近时，频率升高，当二者远离时，频率降低。这种现象被称为多普勒效应，相应的信号频移被称为多普勒频移。

近年来，随着高铁的出现和提速，高铁的移动通信问题引发社会关注。研究表明，当时速低于250千米时，多普勒频移可以忽略；当时速高于250千米时，多普勒频移会引发严重的掉线脱网等问题。相比于高铁，飞机的巡航速度要大得多，大型喷气式客机的巡航速度在900千米/时左右，战斗机超过了1000千米/时。因此，对空通信面临着更为严重的多普勒频移。

好在通过感受飞机的飞行速度，可以计算出由此引发的多普勒频移，并可以采取相应的技术措施予以消除或补偿，以恢复信号发出时的原始频率。长期以来，人们已经提出了许多行之有效的算法和方法，随着技术进步和需求演变，目前人们仍在不断地研究与探讨之中，以更好地满足空地通信的要求。

【作者简介】李清，退役空军大校，航空工业集团公司特级技术专家，航空工业发展研究中心研究员，从事航空产品发展战略与装备体系研究。

编辑：黄飞