淺談流星余跡突發通信

趙玉剛

流星余跡突發通信是利用流星穿過大氣層時形成的短暫的電離余跡對無線電波的反射或散射作用進行的通信方式。由于流星相當于一個天然的衛星，不存在高昂的發射費用和維修保養問題，而且受太陽黑子活動和核爆炸的影響較小，在軍事和民用方面都有廣泛的應用前景。下面對流星余跡的形成及特點、可通條件以及足跡和熱點等做一簡要分析。

一、流星余跡的形成及特點

流星體進入大氣層后，會與大氣發生劇烈的摩擦，溫度急劇升高，發光并燃燒。流星體在燃燒過程中會散發出大量具有高能量的分子，這些高能量分子會進一步電離周圍的氣體分子，從而在其尾部形成一條細長的電離余跡，這就是用于通信的流星余跡。流星余跡剛形成時，其內部的電子密度很高，但是直徑范圍很小，一般在0.3～4.5米之間，隨著流星余跡的不斷擴散、膨脹，產生的電子密度逐漸降低并最終消失。

流星余跡的存在時間與流星體的質量有關，流星體質量越大，余跡存在時間越長。一般情況下，流星余跡存在時間在幾毫秒到幾秒范圍之間，其平均時間約為0.5秒，極少數情況下，能達到數分鐘。流星余跡一般分布在距離地球80～120KM的高空，即電離層的D層和E層，其余跡長度15～40KM，存留時間較長，但能夠用于通信的時間一般不超過1秒鐘。

根據長期觀測數據表明，流星余跡的到達速率存在日變化和季節變化。在地球自轉的影響下，流星突發數目黎明時通常要大于黃昏時的三到四倍。在季節變化上，夏季流星突發數目通常要大于冬季時的三到四倍。另外，赤道附近的流星余跡到達率的日變化最大，兩極地區最小，但是，季節變化與之相反，赤道附近流星余跡到達率的季節變化最小，兩極地區最大。流星余跡的到達速率還與太陽黑子的活動有關，太陽黑子活躍時的流星突發到達速率是不活躍時的二到三倍。

二、流星余跡突發通信可通條件

從無線電通信角度出發，要實現通信，首先要確定合適的工作頻率，流星余跡突發通信可用工作頻率約為30～120MHz。在流星余跡突發通信系統設計上，工作頻率的確定通常基于以下兩個方面進行考慮：首先，對于頻率較高的信號，實際中流星余跡能夠反射電磁波的電離區域較小，從而造成接收信號強度較小；另外，考慮到實際中流星余跡電子線密度下降較快，可通信時間較短，所以頻率應該越低越好。其次，實際應用中往往希望使用較高的工作頻率。比如，當工作頻率設定在低于30MHz時，電離層就可以反射電磁信號。較低的工作頻率還會容易受到大氣噪聲的影響，天線的尺寸和成本也會相應的增加。研究表明，流星余跡突發通信最合適的工作頻率在40～60MHz之間。

在流星余跡突發通信中，信號傳輸鏈路需要滿足以下三個條件：

1、流星余跡產生的高度應在80～120KM的范圍內，并且必須產生在兩個工作站的通信線路所包含的公共體積范圍內。

2、流星余跡的路徑要與以收發天線為焦點確定的橢球相切。

3、流星余跡反射損耗值要小，一般要求小于70dB，否則，經反射得到的信號強度難以達到需要的接收電平門限值，不能保持正常通信。

三、流星余跡突發通信的足跡和熱點

所謂足跡，是指電磁波經流星余跡反射或散射后照射到地面上的一個有限覆蓋區域。由于地球曲率的影響，該區域酷似馬蹄形，寬度一般約為10KM。從數學上來看，該區域是一個由鏈路位置及方位和余跡長度所決定的多元函數。從理論上來說，只有接收天線位于該范圍內時才能夠接收到發送端發射的電磁信號，當多個接收天線相距足夠遠時，不會接收到同一流星余跡反射或散射發送端的電磁信號。也就是說，該通信過程是一個隨機過程，且相互獨立。綜合以上分析，流星余跡突發通信具有高保密性和抗干擾的特性。

所謂的熱點，是指當收發站確定時，在這兩點之間對流星余跡突發通信有效的流星容易產生的空間范圍，其位置約在收發天線所在的大圓左右兩側50～100KM的狹長區域。圖1-1為流星余跡通信熱點示意圖。

圖1-1熱點區域

結束語

流星余跡突發通信其通信距離遠、保密性強、受電離層擾動、太陽黑子以及核爆炸影響較小，在軍事和民用方面都具有廣泛的應用前景，各國都在競相進行這方面的研究。本文對流星余跡的形成及特點、可通條件以及足跡和熱點等進行了簡要分析，對于研究流星余跡通信具有重要意義。