【現(xiàn)代電離層的通信對抗技術與應用分析2400字（論文）】

現(xiàn)代電離層的通信對抗技術與應用分析目錄TOC\o"1-2"\h\u147911現(xiàn)代電離層技術簡介 1275692受擾電離層對電波傳播的影響 2150712.1對VLF波傳播的影響 2247742.2對HF波傳播的影響 2118262.3對VHF及更高頻率電波的傳播影響 2236113軍事應用探討 3215463.1對潛通訊 3223803.2短波通訊干擾 3309493.3衛(wèi)星通訊 320世紀70年代，美國科學家無意中發(fā)現(xiàn)大型火箭升空時，電離層環(huán)境會產(chǎn)生很大的改變，比如美國天空實驗室發(fā)現(xiàn)，火箭發(fā)射期間電離層中形成了一個直徑達1000kM的電離層電子密度耗空區(qū)域，該區(qū)域的電子密度減少約50％，持續(xù)時間超過4個小時。這一空間離子體環(huán)境擾動直接導致電離層的最大反射頻率降至2MHz左右，使得大西洋廣大地區(qū)上空的短波通信中斷。此后，前蘇聯(lián)、歐美國家逐漸意識到開展人工主動改變電離層等離子體環(huán)境的研究，可以促進新體制短波通信、衛(wèi)星通信和導航技術的突破發(fā)展。本文在現(xiàn)代電離層技術的前期研究的基礎上，首先簡要介紹了現(xiàn)代電離層技術的方法和原理，然后重點研究了現(xiàn)代電離層技術對甚低頻（VLF）、高頻（HF）以及甚高頻（VHF）波段的電波傳播的影響，最后探討了現(xiàn)代電離層技術在對潛通訊、通訊干擾和衛(wèi)星通訊等方面的軍事應用。1現(xiàn)代電離層技術簡介現(xiàn)代電離層技術通過化學釋放更容易實現(xiàn)：通過航天器、人造衛(wèi)星等載體，從太空中釋放出來的化學物質(zhì)可分為兩類，一類是使電離層電子密度增加的物質(zhì)，如鋇等堿金屬原子，在太陽紫外線照射下，極易發(fā)生光離子化，失去電子，從而使電離層空間中的電子密度大大增加，釋放化學物質(zhì)，形成電離層的人工“電子凝結(jié)”。另一類是中性氣體分子，它降低了電子的密度，如H2、C02等，這些分子主要作用于電離層的F層。原理是，在F波段占絕對多數(shù)的O+和電子的復合系數(shù)約為1×1012cm3/s，通過在電離層中釋放中性氣體分子，很容易將O+原子轉(zhuǎn)化為分子離子，而分子和電子復合系數(shù)通常達到1×109cm3/s甚至更大，因此F層的電子復合速度明顯加快，而相應的電子密度很可能會大大降低，從而形成人工電離層“電子空洞”。一般來說，一級化學物質(zhì)產(chǎn)生的電離層擾動時間短，區(qū)域小，“電子凝塊”在短時間內(nèi)，電離層中段的高壓和高壓，通過擴散和轉(zhuǎn)移，在與背景相同的狀態(tài)下衰減，而且它們也容易被氧化，不會到達或傳播到更遠的空間。因此，第二類物質(zhì)被廣泛用于空間的有源擾動實驗。2受擾電離層對電波傳播的影響2.1對VLF波傳播的影響3～30kHz頻段的VLF電波傳播主要以地－電離層波導模式傳播。由于VLF電波頻率較低，不能穿透電離層，在低電離層的下邊緣即被反射回地面，因此在傳播時以低電離層下邊緣和地面為兩壁，構成了同心球殼形波導，VLF電波在其中以較小的衰減繞過彎曲地面進行傳播。當在電離層中釋放中性氣體物質(zhì)減少電離層電子密度時，部分VLF可以穿透電離層底部邊緣，化學物質(zhì)釋放后電離層電子密度損耗區(qū)域類似一個供VLF傳播的“通道”，此時電波可以在電離層外空間“通道”中傳播，當電波的傳播方向垂直于電離層時，電波進入地球大氣進而被地面接收機所接收，這種傳播方式通常稱之為“哨聲模式”傳播。2.2對HF波傳播的影響HF電波在3-30MHz頻段的無線電波主要在大氣波中傳播.能夠進入電離層的更高頻率的HFC波改變了傳播方向并在其中折射。由于電離層折射效應的積累，電離層入射方向不斷變化，最終返回地球。電離層擾動后，首先改變HFC在電離層中傳播的極限和最大運行頻率，而隨著電離層擾動區(qū)電子密度梯度的變化，HF電波的傳播軌跡發(fā)生變化，導致偏差、逃逸、反向擴散、聚焦和散射等現(xiàn)象。2.3對VHF及更高頻率電波的傳播影響頻率為30～300MHz的無線電波，稱為VHF無線電波。當電波頻率高于30MHz時，電離層介質(zhì)對電波的折射效應明顯減弱；而電波頻率高于１00MHz時，電波軌跡幾乎不會發(fā)生彎曲，此時利用電離層反射方式實現(xiàn)兩點通信不可能發(fā)生。此波段的電波最常見的用途是衛(wèi)星與地面之間的通訊。VHF電波穿過電離層電子密度擾動區(qū)域后，電波的相位和極化都會發(fā)生改變，但最顯著的特點是電波振幅增大。3軍事應用探討3.1對潛通訊潛于水下的潛艇接收基地的指令時存在的主要困難是：通常用于遠距離通訊的無線電短波不能穿透海水，因而不能被水下的潛艇接收。當然，潛艇可以拖曳一個浮在水面的天線，用來接收短波信號。但這樣的天線極易暴露潛艇的行蹤，不是最佳方案。釋放中性氣體物質(zhì)產(chǎn)生擾動后的電離層可以引導VLF波以“哨聲模式”傳播，這樣在潛艇需要通訊時，根據(jù)要求選擇化學物質(zhì)釋放地點即可實現(xiàn)對潛通訊。另外，可以借助空間衛(wèi)星作為中轉(zhuǎn)站。電離層電子密度減小到一定程度時可以穿透波長更長、頻率更低的極低頻（ELF）電磁波，從而實現(xiàn)超低頻（ULF）電磁波通訊。這樣低頻率的電磁波可以達到水下更深的深度，實現(xiàn)真正意義上的海底潛艇通訊，無需潛艇拖曳浮在水面的天線，更有利于潛艇的潛伏。3.2短波通訊干擾在電離層中人工釋放中性氣體時，電離層中等離子體密度降低，個別區(qū)域形成“電子空洞”，這導致先前可能通過電離層反射的電磁波之間的通信中斷。此外，選擇電離層“電子空穴”對短波可能產(chǎn)生除霧作用的合適位置，它可以顯著影響短波通信的質(zhì)量。同時，電離層“電子洞”具有短波聚焦，這也提高了通信質(zhì)量。此外，從上述計算結(jié)果可以看出，擾動電離層會導致電磁波的偏轉(zhuǎn)、逃逸和反向傳播，它們通常被傳輸，從而停止或扭曲波信號的傳播。下一步的研究將側(cè)重于制定諸如地點、時間等參數(shù)。從電離層釋放出人造化學物質(zhì)所產(chǎn)生的“稠團”和“空洞”，不僅可以形成電離層異質(zhì)性，還消除了現(xiàn)有的電離層異質(zhì)性，通訊介質(zhì)消失，造成散射通訊被阻斷。3.3衛(wèi)星通訊對于利用透射原理進行的星－地或地－星鏈路通訊來說，釋放金屬氣體產(chǎn)生的“電子稠團”使得電離層等離子體頻率提高，部分頻率的電波將無法穿透電離層，導致通訊阻斷。通過電離層人工釋放化學物質(zhì)，可以使得電離層