流星余迹通信

流星余迹通信
近年来，随着社会的不断发展和全球范围内突发事件的与日俱增，人们对于应急通信的需求越来越迫切，对于应急通信提出的要求也越来越高。

作为现代通信的重要组成部分之一，应急通信在通信领域中已经扮演着越来越重要的角色，具有特殊的战略意义。

从美国纽约的“9·11”事件到2004年的对伊战争，再到英国伦敦的炸弹恐怖袭击，从印度洋海啸到我国的雪灾冻雨和“5·12”汶川特大地震……在突如其来的恶劣自然灾害、恐怖事件和军事打击等紧急情况下，最低限度的预警和应急通信体系对于保障人民生命财产和国家安全至关重要。

流星余迹通信是一种在受到核爆、强电子干扰、地震、海啸和极地弧光等电子或物理攻击而导致常规通信中断的情况下，能够正常通信的最低限度通信保障手段，在应急通信中具有极其重要的地位。

一、流星余迹通信基本原理
宇宙空间存在的物质碎片和尘埃，数目非常之多，它们与太阳
系其它小行星、彗星一样，环绕太阳运动。

它们一旦接近地球，受
地球强大引力作用，以高达2km/s-72 km/s的运动速度向地球运
动，在运动中与地球大气层中的空气剧烈摩擦、灼热、熔化，形成
光柱，大气中的这种现象称为流星。

流星微粒在于大气分子摩擦燃
烧过程中，蒸发出的高能分子与空气中的原子、分子相碰撞，使之
强烈电离，在80-120km的高空中，留下一条电离度很高（电子线密
度大于1万亿个电子/米）的长度为十几至几十千米的电离气体圆柱，称之为流星余迹。

流星余迹电离度很高，足以反射VHF（甚高频，是指频带由
30MHz到300MHz的无线电电波，波长范围为1m-10m）无线电波。

以流星电离余迹作为电波传播媒质，利用VHF无线电波的前向散射作用而实现远距离通信的方式叫做流星余迹通信。

这种通信方式在一定程度上与卫星通信很相似，其利用的“反射体”就好像是一颗“自然卫星”一样。

虽然流星进入地球大气层是不均匀的，且每个流星电离余迹的寿命极短，但每天都有足够数量的流星来支持地球上的任何地点在任何时间内都能够进行通信。

这并不是说通信是“实时”的，因为在某个位置能提供一个足够合适的通信路径的流星余迹不会总是连续存在的。

一个流星的电离余迹消失之后，到下一个适用的流星出现，通常要等待几秒到几分钟的时间。

因此，这种通信方式只能是间断的，突发的。

类似于一般的无线通信过程，流星余迹通信的基本工作过程可以分为探测、建链、传输、拆链、等待五个工作状态。

一般情况下，工作站通过持续发送探测序列或探测帧来实时探测可用余迹的出现，一旦可用的流星信道建立，则迅速开始信息的传输，当流星余迹信道无法支持通信时，系统经过一短暂的停动过程，由传输状态返回到等待状态或不经过等待状态而直接进入探测状态，继续进行下一可用流星余迹探测。

与常规通信方式不同的是，流星余迹通信的建立和维持需要依赖可用余迹通道的出现，这一点在通信系统
中表现为接收信噪比的门限判决。

即若通信站接收信噪比在预先设定门限值以下，系统认为收到的是噪声信号，不传输有用信息；若通信站接收信噪比在此门限值以上，则按照设定速率传输包含有用信息的数据。

值得一提的是，流星余迹通信过程是与自适应变速率传输相结合的，系统会根据接受信噪比的大小来确定相应的传输速率。

在通信中断期间，工作站还要不断地发送探测信号来检测流星信道条件的变化，并根据这种变化来控制信息传输的启动和停止。

二、流星余迹通信的特点
流星余迹通信的突发、间歇性质，决定了这种通信方式只适用于小容量（kb/s量级，典型的为16kb/s以下）和无实时要求的场合。

由于流星余迹通信特殊的传播机理，它具备其他通信方式所无法替代的优势。

流星余迹通信与卫星通信、短波通信是三种具有超远距离通信能力的无线通信手段。

卫星通信具有覆盖地域广、传输容量高等特点，但因其空间开放性，保密性不高，战时极易受到敌方的强烈攻击；短波通信具有通信距离远、机动灵活、设备简单等特点，但其极易受到地方压制性干扰和电离层扰动、太阳黑子爆发等自然环境的干扰；流星余迹通信可以克服以上两种通信手段的缺点，再加上它不受核爆影响、支持全时域、全天候工作通信、通信距离远，覆盖范围广、可支持大规模组网等众多优点，已成为战略应急通信系统的重要组成部分，受到世界各军事强国的重视，并广泛用于战略应急通信系统中，作为其它通信手段的必要补充，提供最终的应急通信保障。

流星余迹通信的主要特点有：
（1）信道稳定，受核爆炸、太阳黑子和极光等现象影响小
流星余迹通信的传输介质是质量在10微克至1千克之间的流星颗粒射入大气层与空气摩擦而烧毁后，气化电离留下的电离气体柱，而每昼夜约有100亿颗质量大于10微克的流星体射入整个地球大气层，因此很难对流星通信的传输信道进行破环、攻击或干扰，其信道稳定可靠，始终存在，也不易受到因核爆炸、太阳黑子和极光等引起的电离层扰动的影响，反而是在核爆后的2-120min期间，其接收信号的能力比平时大32倍，数据通过率可提高4-6倍，被称为“世界末日的通信手段”。

（2）可靠性高，抗干扰和抗截获能力强，具有较强的保密性
流星余迹稍纵即逝，流星的发生在时间上具有突发性和偶然性。

因此，流星余迹通信具有很强的抗毁能力，电子干扰也难以达到破坏的目的。

由于电波方向性强、接收信号区域小，且存在“足迹”和“热区”等特性，因而防截获、抗干扰能力强，不易遭受非视距干扰，隐蔽性、抗毁性和频谱重用性均优于其他通信方式。

（3）使用地域广
我国地域辽阔、地形复杂，对于常规通信有许多不利的或受限的地方。

流星的出现只与天体的运行有关，而与地面地形无关，在全球的任何地区上空流星余迹都是存在的，尤其是在通信比较困难的高纬度地区，流星的出现率在各个时间段内相对平稳，因而流星余迹通信系统在全国范围内的各种地域都能部署。

（4）支持全时域、全天候工作
由于流星余迹出现在平流层的顶部，那里没有气象的剧烈变化，且流星余迹通信使用的频段较低（30-50MHz），在穿越大气层底端时，雨雪对其没有影响，而每昼夜约有100亿颗质量大于10微克的流星体射入整个地球大气层，分布在全球各地上空，流星余迹信道全年存在，支持全时域、全天候工作。

（5）覆盖范围广，可支持大规模组网
流星余迹发生在80-120km的高空，其单跳通信距离最高可达2000km，远远大于中长波等现有通信手段，且能够进行中继，通信覆盖范围广；流星余迹通信自身具有空分多址能力，支持一站与多站的连接，在相应通信协议的支持下，便于组成一种远距离、多节点、多用户的大范围、大跨度应急通信网络，可用于组成最低限度应急指挥系统。

（6）设备简单，运行成本低
流星余迹通信是天然的空分复用，每站只用一对频点。

系统设备简单，自动化程度高，无须像短波通信那样要经常改变工作频率，因而操作十分方便。

流星余迹通信一旦建站，不须支付租用通信线路的费用，并且无须像卫星通信那样要租用转发器，工作费用仅为卫星通信的几分之一，故有“自然卫星”之称。

三、流星余迹通信的应用
流星余迹通信的大跨距、抗干扰、低截获概率特性、抗毁性以及抗核爆等特性，使得这种通信方式可以解决现代战争条件下指挥控制通信系统受到物理和电子攻击时的生存能力问题，成为最低限
度应急通信保障的一种重要手段。

同时，由于流星余迹通信系统一次性投资和运营费用较低，可广泛应用于民用领域，如气象数据采集、水文监测、灾情报告以及突发事件时的应急通信等。

流星余迹通信系统在军事和民用领域的应用如下：
（1）袭击后的恢复与重建：用于在评估剩余的军事、民用设施时作为辅助手段。

（2）热点海域和边远地区的边境监视：由于流星余迹通信可抗超视距干扰、抗截获、低成本，因此适于作为边境监视的通信手段。

（3）环境和生态的远程感知：流星余迹通信适用于对自然、人为的潜在灾害（如土壤湿度、酸雨、核泄露）等需要地面测量及预报的场合，可在人迹罕至的地区设置无人站，以监测环境信息。

（4）扩展的超视距战场通信：在便携站、车载站与空中平台之间需要抗干扰、隐蔽通信的场合，常规通信易于被侦收，流星余迹通信因其良好的抗干扰抗截获性能以及超远距离通信能力而成为一种有效手段。

（5）作为战斗无线电台使用：利用流星余迹通信链路上存在的其他传播机制，预计在夏季流星余迹通信系统的工作频率可扩展到30～300MHz，因此未来可作为战斗无线电台使用，既具有近程战斗网络电台的低功率、低重量、低成本的优点，又可用于扩展距离通信，减少被干扰或截获的概率。

（6）长距离的国境内，紧急状态下，时间统一信息（时统）的传递：如俄罗斯，数千平方公里的疆域内，在特殊情况下进行“对
表”，可用流星余迹通信实现，时间精度小于50ms。

结束语
目前少数发达国家的军队都已经建立了用于军事保障目的的流星余迹通信系统，如美国MCC公司已陆续推出了MCC545、520等一系列新型流星余迹通信设备和网络终端，作为卫星通信的必要补充，并广泛应用于军事通信、气象预报、自然灾害预警和无人区通信等领域；日本的流星余迹通信设备也已装备海军警卫队，作为特殊情况下的通信保障系统。

因此，为了建立我军可靠的最低限度通信保障体系，提高我军通信和预警保障能力，开发我国自主的流星余迹通信系统势在必行。