热带丛林

热带丛林 为什么说热带丛林是无线电通信的天敌，各国军队是如何克服这种困难的？

雨林和战术无线电通信可以说是天生的冤家对头，无法共存。

幸运的是，在确保士兵可以在茂密的植被中继续通信方面，我们已经有了一些进步。

雨林的挑战“由于植被会吸收无线电波，无线电通讯在丛林中受到了严重限制，难以通过茂密潮湿的丛林植被传播足够长的距离。

”摘自《美国陆军丛林战术通讯研究》该文件出版于1968年。

此时，美国已经公开参加越南战争三年。

美国在这个将近48％的国土都被热带雨林覆盖的国家流尽了鲜血。

图一 茂密的热带丛林不但让视线受到阻碍，同时也限制了无线电通信热带雨林几乎是频率在30MHz至3GHz的常规甚高频/超高频（VHF/UHF，Very High Frequency/Ultra High Frequency）战术通信的一个噩梦。

VHF/UHF通信方式是直线传输的。

例如，一个距离地面三米高的VHF/UHF天线的信号覆盖半径约为7公里。

但是，这一距离的前提是一个良好平坦的开放空间，中间没有任何可以阻碍这些无线电波传播的障碍。

由于树冠和丰富的植物，茂密的丛林中无法提供这种良好的条件。

在越战期间，美国陆军发表的另一份研究野战炮兵技术的文件指出，丛林植被可以使VHF/UHF无线电通信距离减少10％至60％。

这种通信距离的减少不仅给士兵，班和排带来麻烦，而且也对地对空/空对地通信造成影响。

雨林对通信距离的主要影响是潮湿茂密的树叶和树冠会吸收无线电信号。

此外，环境条件也会给硬件带来挑战。

水和电从来不是好朋友，湿度会提高战术无线电台工作的环境温度。

大多数热带雨林都有自己的极端潮湿的气候，夜间降雨和雷暴加大了气候影响。

因为通信距离可能会受到高大树冠的极大限制。

现代战术无线电台使用“移动自组织网络（Mobile Ad-hoc NETwork，MANET）”技术建立通信网络——每个收发器在作为发送器和接收器的同时，还自动扮演通信中继器的角色。

这样，通信数据就可以从无线网络中的一个无线电台跳到通信范围内的另一个无线电台，依此类推，直到到达接收者为止。

尽管这提供了部分解决方案，但仍受到电台间通信距离的限制。

因此，一个在开阔的沙漠中使用的MANET网络的步兵营由于收发器间没有障碍可以覆盖更大的地理空间。

在通信距离要近得多的丛林中MANET的覆盖范围将减小很多。

在丛林中，MANET无线电所具有的创建系统网络和中继信号的能力，可以扩展通信范围。

在对无线电信号高吸收环境中，动态传输路径变得极为重要。

通信网络需要能够实时选择最佳的传输路径，尽量减少因为用户节点的增减对整个网络造成的影响。

图二 MANET的本质就是让网络中的各个节点都可以是其他节点的通信中继，数据传输将自动选择最优的路径进行。

当节点发生变化，如增加和减少，网络的拓扑会跟着发生变化丛林通信是东南亚和南美地区军队关注的问题。

尽管随着经济的发展，世界雨林因为森林砍伐缩水很多。

但这些地区的绝大部分仍然被雨林所覆盖。

因此，上述地区的未来冲突极有可能全部或部分取决于丛林战斗的胜负。

尤其是在反叛乱作战中，那些反政府游击队特别擅长利用丛林来掩藏，组织和发起作战。

丛林的特殊地形还带来了其他挑战，特别是限制了车辆的行驶区域，因此对于徒步步兵更加依赖。

可靠的单兵、班际间通信在丛林作战中尤为重要。

图三 Codan公司的Sentry-U 6160-PR手持式单兵无线电台可以提供班内和班际通信，以支持丛林作战。

通信传输波形正如在上世纪60年代所做的那样，美国陆军再次成为推动改善丛林战术通信研究工作的主要力量。

2014年，美国国防部的小型企业创新研究网站发布了一份战术通信系统的招标书，该系统要求可以提供2MHz～60MHz的通信带宽，为部队提供静态和移动通信。

该系统的最大技术挑战是，无线电必须能够将信号穿过丛林树冠层传送到安装在飞机或者人造卫星上的无线电中继站；后者会再将信号下发到地球，再次穿过树冠层到达接收者。

位于俄亥俄州辛辛那提市的网格系统公司（Gird Systems）赢得了这一挑战。

它最初展示了一种能够穿透树冠层以提供语音和数据通信的通信系统。

短短两年后，该公司在2017年又获得了一项价值近100万美元的进一步合同。

该合同要求网格系统公司为美国陆军建造其未来系统原型。

网格系统公司方法的核心是一个与软件定义无线电原型一起工作的波形。

本质上说，波形是无线电台用于以特定方式发送以完成特定任务的软件算法。

例如，地对空/空对地通信将要求无线电设备具有特定的信号放大能力，带宽和传输安全性，以确保地面上的士兵可以有效地与飞机进行通信。

战术无线电台中将预先加载定义好的波形。

这样， *** 作员就不需要在每次想要以特定方式进行通信时手动调整其设置。

迄今为止，网格系统公司的技术已经证明，它可以在茂密的丛林中达到56.3公里（35英里）的传输距离。

更重要的是，这一测试结果是在低信噪比下实现的。

也就是说，传输数据的波形强度和环境背景噪声很相近。

这正是丛林环境下，无线电通信的典型特征。

图四 MOUS波形可以穿透丛林的树冠层美军的“移动用户目标系统（Mobile User Objective System，MUOS）”窄带军事卫星通信系统项目着重于研究可以帮助部队在丛林中进行通信的波形。

该项目提供了一种波形，可以在300MHz至3GHz的波段上进行卫星传输通信。

尽管MUOS是窄带甚高频波形，但它可以移植到美军现有的战术无线电中。

例如，美国陆军装备的覆盖30MHz至3GHz频段的通用动力公司AN/PRC-155和L3哈里斯AN/PRC-117G VHF/UHF便携式无线电台就已经加入了MUOS波形。

该波形的设计使其可以在 *** 作性和清晰度方面为士兵提供“手机”般的连通性，并且使信号可以穿透丛林。

图五 AN/PRC-155背负式无线电台图六 AN/RPC-117G超高频/甚高频无限电台截至2018年5月，除了前面提到的两种无线电设备外，以下设备也可以应用MUOS波形，其中包括：通用动力公司的AN/USC-61C高频（High Frequency，HF，3MHz至30MHz）和VHF/UHF海事无线电，以及美国陆军的L3哈里斯公司AN/PRC-158背负式收发报机，柯林斯航空航天公司的AN/PRC-162 TruNet VHF/UHF便携式/车载无线电，美国五大军种全部使用的该公司另一产品——AN/ARC-210 VHF/UHF可编程机载无线电台和同样为美国全军使用的L3哈里斯公司的手持式AN/PRC-163 VHF/UHF收发报机。

与丛林通信有关的MUOS波形的最大吸引力在于，它可以被添加进上面列出的那些无线电设备中，而无需购买新的收发器。

其次，该波形可以在静止或移动状态下使用，而所需的卫星通信基础设施最少。

但是，MUOS仅提供窄带通信。

此外，作为美军专有波形，某些国家可能无法使用它，也无法获得可以加载它的无线电台。

图七 AN/USC-61C舰载无线电台图八 AN/PRC-158背负式发报机图九 AN/ARC-210可编程通信系统图十 AN/PRC-162电台图十一 AN/RPC-163手持式无线电台降低通信频率解决丛林战术通信的另一种方法是使用比VHF/UHF，甚至高频（High Frequency，HF）更低的频率进行传输。

频率在30KHz至300KHz的低频波段（Low Frequency， LF）以及300KHz至3MHz的中频波段（Medium Frequency，MF）都采用采用表面波传输。

利用表面波通信的好处在于，它们遵循地球的曲率，而不是像VHF/UHF通信的直线传播。

这一特性使LF和MF可以实现超视距传输。

尽管如此，使用较低的通信频率有其自身的缺陷。

首先，通信传输的效率将取决于传输所经过的地形。

地面或土壤中的水分特别是沼泽为LF/MF通讯提供了良好的传导性。

但在相对干燥的城市和沙漠地区的连通性较差。

虽然热带雨林潮湿的地面正是LF/MF通信良好的工作环境，但LF和MF无线电的机动性较差。

中频无线电天线的长度可能在25m至250m之间。

这使徒步和机动巡逻几乎用不上它，只能在固定的前进作战基地（Forward Operating base，FOB）使用。

但是，即使存在丛林的掩盖，也如此大的天线依然需要很好地伪装。

图十二 如此之高的中波通信天线只能用于固定的前沿军事基地另一个挑战是较低频率适合语音通信，但在需要访问视频和传感器数据等高带宽应用时，其数据处理能力较弱。

在丛林环境中，高频通信无法获得更多的应用，因为这些信号会遭受明显的频率衰减。

衰减是一种现象：当信号在传播过程中并遇到固体物体，如：建筑物、大气、人和动物时，其强度会减弱。

丰富的植被可能导致高频信号的严重衰减问题，从而导致信号强度损失。

这减少了应用表面波进行地对地通信时的通信距离，以及高频无线电可以处理的数据量。

可喜的是，高频无线电可以使用电离层进行天波通信。

电离层是介于据地面高度60公里至1,000公里间的大气层。

高频信号不能穿透电离层，相反会被反射回地球，这使它们能够实现洲际通信。

但在进行天波传输时，高频无线电仍然需要可以穿透数树冠层的天线来收发信号。

这就让它和LF/MF产品一样，更适合装备诸如FOB这样的固定站点。

图十三 高频无线电的天波通信总结除非在不久的将来发生重大的技术突破，否则各国军队将继续依靠同时使用各种不同的通信手段来确保它们能够在丛林环境中保持联系。

低频、中频和再往上一点的高频通信可以在固定基地间保持相互联系。

代价则是通信带宽。

卫星通信起着类似的作用，尽管终端需要放置在没有遮盖的地方以便与头顶的航天器的进行通信。

使用MANET的常规VHF/UHF战术通信为前线部队保持接触提供了最佳手段，尽管与其他环境相比，通信距离更短。

波形方面的创新可能会进一步增加通信距离和提高数据传输速率。

但稀星天外必须强调的是，此类突破目前仍停留在原型阶段。

目前看来，雨林将是继续考验无线电报务员技术的环境。

图十四 热带丛林通信在很长时间里仍将是各国军队面临的一个难题

兔哥回答：无线电台能够实现无线通讯，是由无线电波在空气介质中传播，无线电波的传播也是受传播介质影响的。

空气中的温度，湿度，以及地理环境，季节环境都会对无线电波信号传播造成影响。

我们都知道手机信号都需要有一个比较高的发射塔，而且是按照距离布设，其实这些相当于无线接力传输站，保障信号能够广域性的覆盖。

无线电波特殊的传输性质，导致无线电波的传输对环境因素依赖很大，热带无线电波的传输和其它地区的信号传输并不一样，是有一个无线电波衰减的因素，因此，研究热带无线电通讯到现在依然是一个重点研究领域。

无线电传播和地理环境因素息息相关，热带地区是一个特殊的地理环境，表现为纬度低，湿度高，而热带雨林植被茂盛，地貌复杂，导致热带雨林地区的无线电通讯受地理环境因素影响非常大。

无线电在热带雨林地区的主要影响因素就是影响因湿度造成的雨衰，对流层闪烁，大气波导被植被造成信号衰落，另外，热带海域无线电波也受到盐度等因素的影响。

热带雨林地区对于无线通讯的影响从地面、水面，植被引起的附加信号衰减，以及电流层，对流层对于信号造成的折射，散射衰减。

热带雨林地区的特点除了湿度高，能够对无线通讯电磁波产生电导衰减，茂密的植被也是一个重点因素，热带雨林地区的植被非常茂密，而且是从高大的树木，到繁杂的灌木丛，通常都是有几层遮蔽层，这些植被存有大量水分，在高温作用下产生大量水蒸气。

例如，一些热带雨林地区常年雾气蒙蒙，气压低，人行进在地面有一种压抑感，而这些植被同样能够使无线电波信号传输发生折射、散射、遮蔽和造成信号传输阻挡效应，影响无线通讯。

无线电波在空中传输主要介质涉及最低处的对流层，到平流层，电离层，磁球层。

而对流层就已经是热带雨林地区无线电波信号传输的瓶颈了，能够到平流层也就没有问题了，而对流层这个层面对电波信号传输的影响表现为射线路径弯曲，大气波导传输，去极化以及湿度造成的衰减。

所以，无线电波信号传输在对流层的影响最大，也是一个难题。

热带雨林地区军用无线通讯技术到现在依然是一个全球性的技术难题。

这类技术措施如何应对也是一个各国都秘而不宣的高级别保密技术，无线电通讯都有一个或是多个通讯通道，但不论是哪个信道都是严格保密的，无线电通讯通道可不是随便就能改变的，一旦被对手获得想改很难，因此，除了保密，还要有加密措施，密码通讯等防范措施。

美军是无线电通讯最发达的国家，拥有数量繁杂的各类通讯电台，而能在热带雨林地区通畅使用的美国也做不到。

越南战争中，美军使用的大量通讯电台就遭遇了热带雨林环境的破坏，一个月就损坏了越南战场上电台总量的37%，随后，热带地区通讯问题也成了美军重点研究领域，但依然无法彻底解决。

通常的做法有两大块，一个是性能提升，加大功率，并且和卫星数据对接，提高通讯输送效率。

美军正在用“宽带全球卫星通信系统（WGS）、移动用户目标系统（MUOS）、先进极高频系统（AEHF）代替国防卫星通信系统（DSCSⅢ）、特高频后继星系统（UFO）、军事星系统（Milstr）”等。

美军提出了“全球信息栅格（GIG）”计划，目标是把美国三军的通讯系统整合成一个三军通用的全球通讯网络。

二是技术保养措施，为了适合热带雨林地区通讯使用，对通讯设备的防潮湿采取技术措施，保证通讯电台出现短路等问题。

热带雨林地区通讯目前已经有了改变，利用无人机做为中继接力传输，美国就有专门的通讯中继机，E11A在阿富汗就被打下一架。

受环境特殊因素影响，美军在热带雨林地区的通讯依然是借助外力来实现，本身并做不到无限畅通，如果没有外力帮助也只能是跑山头上，或者是爬树上去试试了，或者是等回去再说吧。

当然，这是指对外通讯，团队之间的通讯依然能用，只要别拉开太远距离。

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