為什麼說熱帶叢林是無線電通信的天敵,各國軍隊是如何克服這種困難的?

食無肉居有竹


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信號傳播造成影響。我們都知道手機信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,保障信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信號傳輸並不一樣,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信號衰落,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,植被引起的附加信號衰減,以及電流層,對流層對於信號造成的折射,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信號傳輸發生折射、散射、遮蔽和造成信號傳輸阻擋效應,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信號傳輸的瓶頸了,能夠到平流層也就沒有問題了,而對流層這個層面對電波信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,無線電波信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,但不論是哪個信道都是嚴格保密的,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,一個是性能提升,加大功率,並且和衛星數據對接,提高通訊輸送效率。美軍正在用“寬帶全球衛星通信系統(WGS)、移動用戶目標系統(MUOS)、先進極高頻系統(AEHF)代替國防衛星通信系統(DSCSⅢ)、特高頻後繼星系統(UFO)、軍事星系統(Milstr)”等。美軍提出了“全球信息柵格(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絡。


二是技術保養措施,為了適合熱帶雨林地區通訊使用,對通訊設備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。


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兔哥42928


高溫、高溼度、複雜地形和茂密的植被對於無線電通信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信天敵的主要原因。

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設備的損壞。

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信產生一定影響

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信的研究和試驗

對於熱帶叢林地區的通信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頻段擴展到UHF和微波頻段,顯示出叢林通信問題的研究已經從單純的地面通信問題發展到涵蓋空中偵查通信、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、鏡像法、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設備,只有不斷健全理論研究,開發測試設備、培養測試隊伍,才能更全面、更貼近實際的搞清楚“叢林通信的傳播模式、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信設備。

▲叢林通信的基本傳播模式

目前來說,在有叢林覆蓋的通信環境下,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),當無線通信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,只是要搞好叢林通信,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數據也有大量的積累,這樣結合其傳播模式和數據分析,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信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信設備需要具備耐高溫、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便攜式甚高頻無線電臺主要用於“下級通信”(士兵對講機)。該無線電臺在批量投入使用前,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%時間發送、10%時間接收)。

總之,熱帶叢林通信問題如何克服,需要深厚的理論研究、大量的科研實驗和實地測試,有較強的無線電設備設計和製造企業就可以,和任何領域的設備研製都是一樣的,無非是難易程度不同而已。


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解決不難,50年前就解決了。這還辦不到,仗還打個屁。


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