坦克装甲车辆通信技术优化方案

1.调幅通信技术

调幅即幅度调制（AM），它是无线电通信中最早使用的一种调制方式，为早期车载电台所采用，如前苏联的10-PT坦克电台和美国的SR-6车载电台。10-PT坦克电台采用更换晶体的方法来改变电台的工作频率，且晶体体积较大，使用保管不方便。SR-6车载电台采用连续调谐的LC振荡器，频率稳定性差。

1）调幅原理

无线电通信是把高频（又称射频）正弦信号作为信息载体的一种通信方式。将需要传输的信息附加到载体上去的过程称为调制。所谓调幅，就是用信息信号，如话音信号，去控制并改变高频正弦波（载体）的振幅，使之随话音信号的变化而变化，调制后的高频信号已经带有话音信息，称为调幅波。不带信息的高频正弦波称为载波，用于调制的信息信号称为调制信号。

调幅系数m=ΔIc/Icm是反映调幅波调制深浅程度的一个重要参数。这里Icm是载波的振幅，ΔIc是振幅变化的最大增量。

2）调幅波的特点

（1）调幅系数m不应大于1。虽然调幅系数m大些，有用信号能量随之增大，通信效果也会好一些，但是当m＞1时就会产生调制失真，所以在理论上，任何情况下m值都不应大于1。但实际上m的大小是随调制信号（如话音）的大小而变化的。为了高保真地传输信息，平均调幅系数必须控制在远小于1的数值上，通常话音通信m平均值取0.3。

（2）调幅波存在上下一对边带。从频谱分析可知，理想载波（高频正弦波）只有一个频率成分，即载频fo。而一个由正弦信号调制的调幅波含有三个频率分量：载频fo、下边频fo-fΩ、上边频fo+fΩ，其中fΩ为调制信号的频率。这样一个调幅波所占据的带宽B=（fo+fΩ）-（fo-fΩ）=2fΩ，即调制信号频率的2倍。实际上调制信号，如话音信号，一般不是正弦波，它有无限个频率成分，其有效的部分集中在300～3 000 Hz范围，所以话音调制的调幅波存在上下一对边带。

（3）效率低。在上述分析的调幅波的三个频率分量中，只有上、下两个边频分量带有信息成分，载频分量不带有信息，载波所占的无用功率达75%（m=1）以上，而且与调幅系数m有关，当m=0.3时，载波所占无用功率达95%以上。两边频分量所带的信息是相同的，也分散了功率，因此调幅波的功率利用率很低。

调幅通信效率低的另一个原因是调幅发射机的效率低。为了减小失真和保证放大器件的安全，不得不提高放大管的安全系数，从而降低了效率。

（4）抗干扰性差。由于工业、电气干扰和雷电等自然干扰都反映到无线电信号的幅度特征上，这种干扰与有用信号混在一起，很难给予区分并消除。与调频和单边带通信比较，调幅通信的抗干扰能力最差。目前调幅只在无线电广播中仍被应用，在军事通信中已被调频和单边带调制所取代。在车辆通信中，由于效率低、抗干扰性差，调幅电台早已被淘汰。

2.调频通信技术

调频即频率调制（FM），它是广泛用于广播和军事通信的另一种调制技术，也是当年车辆通信中最主要的一种调制方式。俄罗斯的P-113、英国的UK-353、美国的VRC-12和中国的CWT-167等电台都是车载调频电台，其主要性能如表6-1所示。

表6-1　几种调频车载电台的性能

1）调频原理

调频就是用信息信号，如话音信号，去控制并改变高频振荡器的振荡频率，使之随调制信号的强弱做相应的变化，由于频率控制只能在振荡器才能实现，通常主振器就是频率调制器。调频系数mf=Δf/fΩ，是反映调频波调制深度的重要参数，其中Δf表示频偏，即载波中心频率fo的最大偏离增量，fΩ为调制频率。与调幅波不同，调频波的调制系数mf可以大于1。当mf≤2时称窄带调频，主要用于军事通信。车载电台用的就是这种窄带调频技术。当mf＞2时称为宽带调频，主要用于高保真调频广播。

2）调频波的特点

（1）在一定的条件下，mf值大，通信效果好，抗干扰性强。这一点与调幅波相似。

（2）抗干扰性优于调幅波。由于调频波在解调之前可用限幅器来消除寄生调幅（干扰），具有一定抗干扰能力，且mf越大，抗干扰能力越强。

（3）调频波的带宽为频偏的两倍。理论分析结果表明，任何一个调频波的频谱是无限的，即占有无限宽的频带。但其有效能量总是集中在载频附近的有限带宽之内。而且其有限带宽与调频系数mf有关，当mf＜1时，调频波只有一对有效边频，这时其有效带宽为2fΩ，与调幅波带宽相同。当mf=1～2时，第二对边频分量就相当大了，因此就有两对有效边频，此时其有效带宽为4fΩ。当mf＞2时，有效边频对数恰好等于mf值，这时调频波带宽2mf·fΩ=2（Δf/fΩ）·fΩ=2Δf，即频偏的2倍。调频通信中，总是尽可能保持调制信号的稳定，以保持相对稳定的频偏。

（4）调频发射机效率高。由于调频信号是等幅波，放大管可以得到充分利用，在直流消耗相同的情况下，可以获得较大的射频输出功率。或者说，为了获得相同的射频输出功率，放大调频波可以用较小功放管，从而可以缩小发射机的体积和减轻重量。这对小型军用电台具有重大意义。

3.单边带调制技术

单边带（SSB）调制技术是由调幅演变而来的。目前军用短波电台几乎全是采用单边带调制技术。如TRC342、RF280、TCR99、CWT-176等电台。

1）单边带调制原理

在上述对调幅波的分析中已经知道，在调幅波中，载频是不带信息的，需要传输的信息只隐含在上、下两个边带中，而且上、下边带所含的是同一个信息，因此只需要传送一个边带信号就同样可以实现信息传输。这就是单边带调制的原理。对调幅信号进行滤波是获得单边带信号的最简单方法。

2）单边带调制的特点(https://www.xing528.com)

与调幅比较，单边带信号的带宽只有调幅波的一半。射频功率利用率提高约9 dB，这是单边带通信具有一定的抗干扰能力的主要原因。

4.跳频通信技术

1）定频与跳频通信

无线电通信的双方必须同时使用同一个信道频率，否则就无法联络。在传统的无线电通信中，电台的信道频率总是保持相对稳定，故称为定频通信或单频通信，这种通信方式最大的问题是信道频率很容易暴露，只要通信任何一方发信，就很容易被敌方截收、测向及干扰，这对军事通信来说是个致命的缺陷。跳频技术是20世纪70年代发展起来的一种有效的通信保护措施，它是一种具备抗测向、抗截收和抗干扰能力的新型通信体制。所谓跳频通信，就是在通信过程中信道频率不是固定的，而是快捷跳变的一种通信方式。收、发双方从这个频率跳到另外一个频率是自动、同步地进行，不需人为干预。频率跳变规律遵循一种十分复杂的伪随机码，未掌握编码规律的敌方截收极难，具有很好的隐蔽性。

2）跳频跨度与跳频增益

跳频通信的抗干扰能力是牺牲了频谱利用率获得的。定频通信时一个信道所占的带宽约15 kHz，跳频通信时工作频率范围可以达到几十兆赫甚至更宽。通常把频率跳变范围称为跳频跨度，定义跳频增益或扩频增益G为跳频跨度与信道宽度之比。增益越高抗干扰性越强。信道带宽取决于收发信机，使用时无法改变，而跳频跨度是可以改变的。在条件允许的情况下，应尽可能使用大跨度跳频。这样跳频增益高、抗干扰能力强。

3）非正交跳频与正交跳频

所谓非正交跳频，即同一个网群中各个跳频网之间没有任何制约关系，各自按自己的规律独立跳频。这就有可能两个网跳到同一个频道上通信，即发生频率碰撞，这样两个网之间就产生相互干扰。如果是三个网同时工作，则发生频率碰撞的机会（概率）就更多，干扰也就越严重。理论与实践表明，非正交跳频网间存在干扰，信道利用率只有30%。相对应的正交跳频网可以避免网间干扰，这是因为同一网群中的各个网之间互相有制约关系，确保在任何时刻，各网都不会跳到同一个信道上工作，因而不会发生互相干扰。这种网间存在的相互制约关系又称为同步，所以正交网又称同步网，非正交网又称为异步网。通常具有正交跳频能力的电台都能组成异步网通信，反之则不能。

4）大信号阻塞对跳频通信的影响

由于大信号阻塞引起的同台多机问题是车辆通信中的一个特殊问题。在定频通信中，同车几部电台工作频率的选择，只要保证彼此间隔大于电台的阻塞带，就可以避免互相干扰。在正交跳频组网通信时，只要跳频跨度足够大，合理选择同车电台的网号，也可以避免同车电台之间的互相干扰。但是对于非正交跳频通信，由于大信号阻塞带的存在，网间干扰不仅发生在频率碰撞时，而且只要落入阻塞带内就产生干扰，且后者的概率远大于前者。假如电台的大信号阻塞带宽为50 MHz，在某个时刻某个跳频网工作在f频道，另一个网只要跳到f±5 MHz范围内就会对f频道产生干扰。这就是非正交跳频不适用于车辆通信的原因所在。

5.保密通信技术

保密通信是指信息在发送前进行技术加密处理，传给对方后再进行解密处理。例如话音保密通信是随时可以直接讲话，在发送出去之前首先把话音信号变成听不懂的信息，然后采用无线电波发出去，对方收到后首先进行解密处理，将加密信号变成可懂话音信号。对信息进行技术加密处理的方法有很多种，其中保密度高、最不易被破密的是数字加密法。

1）数字加密/解密基本原理

数字加密法首先要求被加密的信息必须是只有“0”和“1”两种状态的二进制数字信号，这里“0”可以认为是低电平，而“1”为高电平，反之亦可。假如信息不是数字信号，而是模拟信号，如话音信号，则首先把模拟话音信号变成数字的话音信号。这种模拟变成数字的过程称为调制。数字加密的基本原理是利用一种十分复杂的伪随机码（也是二进制数字码）作为密码对原始数字信息进行处理（实际上是做模二加法），即可获得加密信息。如下式中a为增量调制所得二进制正弦数字信号；b为伪随机码，作为密码；将a与b进行模二相加得加密的数字正弦信号c。比较a与c，显然a≠c，如把c直接解调是不可能解得正弦信号的。

a：信号　00001010111101010000；

b：密码　10110011100110100110；

c：加密信号　10111001011011110110；

d：解密信号　00001010111101010000。

收信方收到加密信号c以后，首先要进行解密，即从c解出a来，只有知道密码b，才能从c解得a。显然只有通信双方才知道密码b，收信方只要将c与b进行模二加法即可得d，比较a和d，看出a=d。解密完成，将d解调就得到正弦信号了。

2）数字加密的特点

数字加密最大的特点是保密度高。这是由于用现代技术产生的伪随机码的周期长达2125位，且随机性特别好。在战场上只要密钥不丢，硬件（如已清除了密钥的电台）丢失并不可怕。

6.主动降噪技术

现代装甲车辆内部噪声高达120 dB。这对车辆通信是个很大的威胁，而且极易损坏乘员听力。传统上采用戴隔音耳罩的工作帽（或头盔）进行防护，这种无源隔音耳罩的隔音能力有限，尤其对低频的隔音能力更差。即使戴上工作帽，乘员听到的噪声仍然超过安全门限值85 dB。乘员为了听清通信话音，被迫加大通信设备的音量输出，其结果又加大了听力负担，这是恶性循环，严重影响通信效果。

主动降噪又称有源降噪。其基本原理是在耳罩中设置一个传声器（功能与话筒相似），用来采集初始噪声，然后对此做复杂处理，产生一个相位相反的反噪声信号并通过耳机发出来，用以抵消初始噪声，其结果是进入人耳的噪声降低了。根据传声器在耳罩中的位置不同，有源降噪可分为两类：一是采集环境噪声的前馈式有源降噪；二是采集剩余噪声的回输式有源降噪。目前由于速运算和处理能力的可编程数字信号处理器（DSP）和自适应技术在有源降噪中的应用，降噪效果可达35 dB。在车辆运行中使用有源降噪头盔通信，话音可懂度提高35%。

7.车辆通信技术发展展望

随着科学技术与兵器技术的发展，未来战争对军事通信的要求越来越高，加上计算机技术的应用，已经或即将应用到车辆通信中的新技术就有卫星通信、扩频通信、网络通信、时分码分多路通信，以及自适应技术、闲置通信道扫描、零位天线、模拟/数据信号自动识别与控制等，举不胜举。纵观国内外通信技术的现状与发展趋势，可以看出，多功能化、网络化和数字化是车辆通信技术发展的大方向。