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。以首都機場為例，日均起降飛機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。飛機起降階段，空管人員要完成飛機的高度、航路、航線、起/降時間、跑道、停機位等的協調與分配，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行的信息傳遞活動。例如，在軍用機場，打一發綠色信號彈表示開飛，打一發紅色信號彈表示停飛。

通信系統的一般模型

實現信息傳遞活動所需要的所有技術設備和傳輸媒介的整體，統稱為通信系統。著眼共性特征，通信系統可以抽象為如上所示的一般模型。

信源：消息的發源地，將各種消息轉換成原始電信號。如麥克風把聲音轉換成音頻信號，攝像機把圖像轉換成視頻信號等。

發送設備：針對給定信道，將原始電信號變換為適合在信道中傳輸的特定信號并實施發送。如調制、編碼等。

信道：信號傳輸通道，通常指信號傳輸的物理媒介，如大氣、水下、地表等。

噪聲源：噪聲來源于系統中的各種設備和信道，為了便于分析，將其集中表示，視為一個整體。

接收設備：完成發送設備的反變換，如解調、解碼等，并從帶有干擾的接收信號中恢復相應的原始電信號。

信宿：信息傳輸的歸宿點，將復原的原始電信號轉換成相應的消息。

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。對應關系歸納于下表：

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。相應的技術手段包括無線電通信、衛星通信和數據鏈通信。

上述結論，可以從電磁波的波粒二象性進行解釋。

對于電磁波，波長越長，波的特征越明顯，繞射能力越強，超越障礙的能力也越強，衰減慢，傳播遠；波長越短，粒子的特征越明顯，能量越集中，貫穿能力越強，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，表現出明顯的不均勻性和不穩定性。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，更多體現波的粒子性，用于視距內傳播，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，奧地利科學家多普勒（1803-1853）就發現了這種現象：當信號發出者和接受者發生相對運動時，接受者接收到的信號頻率和發出的信號頻率是不同的，當二者接近時，頻率升高，當二者遠離時，頻率降低。這種現象被稱為多普勒效應，相應的信號頻移被稱為多普勒頻移。

近年來，隨著高鐵的出現和提速，高鐵的移動通信問題引發社會關注。研究表明，當時速低于250千米時，多普勒頻移可以忽略；當時速高于250千米時，多普勒頻移會引發嚴重的掉線脫網等問題。相比于高鐵，飛機的巡航速度要大得多，大型噴氣式客機的巡航速度在900千米/時左右，戰斗機超過了1000千米/時。因此，對空通信面臨著更為嚴重的多普勒頻移。

好在通過感受飛機的飛行速度，可以計算出由此引發的多普勒頻移，并可以采取相應的技術措施予以消除或補償，以恢復信號發出時的原始頻率。長期以來，人們已經提出了許多行之有效的算法和方法，隨著技術進步和需求演變，目前人們仍在不斷地研究與探討之中，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，航空工業集團公司特級技術專家，航空工業發展研究中心研究員，從事航空產品發展戰略與裝備體系研究。

編輯：黃飛

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