黃喜良，馬廣亮

（河南省防汛通信總站，450008，鄭州）

新中國成立以來，河南省興建了以防洪、發(fā)電、灌溉為主要目標(biāo)的大中小型水庫2 394座，在興利除害和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。但這些水庫因長期使用而老化，并且受重建輕管思想影響，很多水庫出現(xiàn)了管理設(shè)施殘缺、設(shè)備缺乏等問題，特別是一些水庫因通信障礙而嚴(yán)重影響和制約了水庫的安全運(yùn)用和功能發(fā)揮。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全省50%以上的中小型水庫沒有任何預(yù)警通信手段，已有的水庫預(yù)警應(yīng)急通信設(shè)施大多裝備陳舊落后，性能可靠性差，在發(fā)生暴雨洪水時(shí)極易產(chǎn)生通信中斷或擁塞，難以及時(shí)對外報(bào)警和組織搶險(xiǎn)，并可能由此造成下游地區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)巨大損失。因此，建立健全完善的防汛預(yù)警應(yīng)急通信體系，對確保中小型水庫安全和興利減災(zāi)有著深遠(yuǎn)的歷史意義和現(xiàn)實(shí)意義。

一、高頻通信技術(shù)分析

國際上把頻率在3 000 GHz以下，不通過導(dǎo)體等人工媒介，而是通過空間輻射傳播的電磁波叫無線電波。其中頻率在 3～30 MHz、波長在10～100 m的無線電波叫短波，亦稱高頻通信（HF）。其通信傳播方式有地波和天波兩種，天波為主要方式傳播。

1.天波傳播機(jī)理與短波傳輸途徑

天波是通過向天空輻射電磁波，而后被空中電離層反射回地面到達(dá)接收點(diǎn)形成的傳播方式。當(dāng)天線具有一定的輻射仰角，使電磁波射入空中電離層，而后產(chǎn)生折射并反射回地面就會形成天波傳播（見圖1）。

圖1 天波傳播示意圖

天波傳播的顯著特征有：①天波傳播的通信距離遠(yuǎn)。由于天波是被電離層反射，而電離層通常分布在50～1 000 km的高空，電波射入電離層會產(chǎn)生折射效應(yīng)，并逐漸“拐回”射向地球，就像鏡面反射光線一樣。電波在被電離層反射一次或多次就能傳播到地球上很遠(yuǎn)的地方。②因?yàn)橛须婋x層的存在及其不穩(wěn)定性，因此電波通過電離層反射傳播時(shí)，會受到電離層的吸收，頻率越低、電子密度越大，吸收就越大。當(dāng)電離層高度、密度隨晝夜和季節(jié)改變時(shí)，電波傳播就會隨之出現(xiàn)變化，影響通信的穩(wěn)定。③天波傳播損耗小，能以較小的功率和簡便的器材遠(yuǎn)距離通信，這恰好又發(fā)揮了天波傳播的特長。加上電離層具有自然的抗毀性和較強(qiáng)的電波能力，能夠較好地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離電磁波輻射。

2.高頻通信的系統(tǒng)組成

一套完整的高頻通信系統(tǒng)由電臺、天線、饋線、電源系統(tǒng)構(gòu)成。①電臺是高頻通信的核心設(shè)備，由發(fā)信機(jī)、收信機(jī)和電源組成。根據(jù)工作程式可劃分為電臺的單工通信、電臺的雙工通信、電臺的專向通信、電臺的網(wǎng)絡(luò)通信等。單工通信是指通信雙方在同一時(shí)間分別采用單收或單發(fā)，即一問一答（不能使用插話）的聯(lián)絡(luò)方式；雙工電臺通信是指通信雙方在同一時(shí)間、使用不同的頻率點(diǎn)分別進(jìn)行收發(fā)信的聯(lián)絡(luò)方式；電臺的專向通信是指在同一時(shí)間里電臺的聯(lián)絡(luò)對象只有一個，是點(diǎn)對點(diǎn)的工作方式；電臺的網(wǎng)絡(luò)通信，是指在同一時(shí)間里有三部以上的電臺實(shí)施通信聯(lián)絡(luò)，是一點(diǎn)對多點(diǎn)或多點(diǎn)對多點(diǎn)的工作方式。常用的高頻通信電臺主要有烽火XDD5E125W短波單邊帶電臺、烽火XDD11G型20W短波跳頻自適應(yīng)臺等國產(chǎn)烽火系列專業(yè)制式無線電臺，以及愛康姆IC-78單邊帶電臺、愛康姆C-703型背負(fù)式短波電臺和柯頓NGT2110型短波便攜電臺等進(jìn)口的短波電臺。②天線是無線電設(shè)備接收和發(fā)射無線電波的重要工具。按結(jié)構(gòu)形式和工作原理可分為線天線和面天線，適用于短波工作的天線主要有對稱天線、引向天線、環(huán)繞天線、魚骨天線、斜拉天線、鞭形天線等。③短波天線饋線是指連接天線和發(fā)射機(jī)輸出端或接收機(jī)輸入的電纜，又叫輸出線。短波的饋線一般用同軸電纜，必要時(shí)還配備平衡不平衡轉(zhuǎn)換器。

3.高頻預(yù)警應(yīng)急通信可行性分析

盡管當(dāng)前新型無線電通信系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，短波這一傳統(tǒng)通信方式仍然受到全世界普遍重視，不僅沒有被淘汰，還在快速發(fā)展。一是短波是唯一不受網(wǎng)絡(luò)樞紐和有源中繼體制約的遠(yuǎn)程通信手段，無論哪種通信方式，其抗毀能力和自主通信能力與短波無可相比。一旦發(fā)生戰(zhàn)爭或?yàn)?zāi)害，各種通信網(wǎng)絡(luò)都可能受到破壞，衛(wèi)星也可能受到攻擊，造成通信中斷。例如，“5·12”汶川大地震雖然發(fā)生在通信技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，但是各種通信方式還是瞬間中斷，地處幾百公里以外的許多城市也受到地震影響，通信長時(shí)間擁塞形成盲區(qū)。二是在山區(qū)、戈壁、海洋等偏遠(yuǎn)地區(qū)，其他通信方式覆蓋不到，主要依靠短波；例如，在河南“75·8”洪災(zāi)中報(bào)出的唯一通信信息，是處于洪災(zāi)中心地區(qū)的解放軍某部利用短波無線電臺向武漢軍區(qū)報(bào)告的災(zāi)情，才使中央得以初步掌握災(zāi)害情況迅速組織搶險(xiǎn)救災(zāi)。三是與衛(wèi)星通信相比，短波通信不用支付話費(fèi)，運(yùn)行成本低。四是雖然使用短波通信會犧牲一定的話音質(zhì)量，但能夠保證全天候報(bào)汛工作的完成。近年，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，以及微處理技術(shù)、分集技術(shù)和糾錯技術(shù)的應(yīng)用，一些短波電臺采用了頻率自適應(yīng)系統(tǒng)，短波數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量大大提高，使之具有了更強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和空間。

二、中小型水庫利用高頻通信構(gòu)建預(yù)警應(yīng)急系統(tǒng)方案分析

中小型水庫大部分地處河道上游的高山峽谷中或處在偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)，這里既是洪水易于集結(jié)的端點(diǎn)又是公網(wǎng)通信的邊緣和盲區(qū)，其周邊和下游地區(qū)有許多村舍和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，一旦發(fā)生洪水將瞬間形成災(zāi)害，極有可能造成水庫通信設(shè)施破壞而無法對外聯(lián)系。因此，要求中小型水庫預(yù)警應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)需要至少配置一種以上的應(yīng)急預(yù)警通信手段，既要考慮預(yù)警應(yīng)急通信手段的實(shí)用性、先進(jìn)性、可靠性，又要考慮它的長期儲備性、經(jīng)濟(jì)效益性。

1.中小型水庫預(yù)警應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

（1）應(yīng)急為主目標(biāo)

在選擇建設(shè)方案時(shí)，應(yīng)選擇在各種通信中斷的緊急情況下，將險(xiǎn)情、警情及時(shí)傳遞到下游群眾和上級部門，滿足防汛搶險(xiǎn)、指揮調(diào)度的基本要求的通信系統(tǒng)，應(yīng)具有點(diǎn)對點(diǎn)和一點(diǎn)對多點(diǎn)的語音、低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罨竟δ?。其技術(shù)裝備和網(wǎng)絡(luò)組成、傳輸線路都要實(shí)用、簡明，技術(shù)裝備輕便耐用、易操作，網(wǎng)絡(luò)組成和信道路由簡捷，適宜長期儲備、使用，維護(hù)費(fèi)用低廉，投入產(chǎn)出比值明顯。

（2）性能指標(biāo)

隨著科技進(jìn)步，短波技術(shù)及其設(shè)備也得到了長足的發(fā)展，以柯頓NGT系列短波電臺為代表的多功能、數(shù)字化、具有優(yōu)越性能的設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。根據(jù)中小型水庫預(yù)警應(yīng)急系統(tǒng)運(yùn)用特點(diǎn)和要求，被推薦為中小型水庫預(yù)警通信系統(tǒng)建設(shè)的選型設(shè)備應(yīng)采用先進(jìn)的微處理控制技術(shù)，具有緊急選呼，多信道、智能化監(jiān)控、自由調(diào)諧接收、測試與保護(hù)、輕松交談、內(nèi)置測試、呼叫裝置等功能。便攜式電臺的主要性能指標(biāo)——頻率范圍應(yīng)為：發(fā)射 為 1.6～30MHz， 接 收 為 250KHz～30MHz；信道容量15個；工作方式單邊帶發(fā)射功率125W；額定電壓12V，負(fù)端接地；體積小、重量輕、易攜帶。

2.高頻預(yù)警應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)概念方案

針對中小型水庫地理位置、運(yùn)用特點(diǎn)和業(yè)務(wù)需求不同，短波通信系統(tǒng)應(yīng)是中小型水庫高頻預(yù)警應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)眾多通信技術(shù)的首選解決方案，以此設(shè)計(jì)出三種概念解決方案。

（1）以縣（市）水利局為節(jié)點(diǎn)的方案

在水庫比較集中的縣（市）建設(shè)短波通信網(wǎng)。以縣（市）水利局為中心節(jié)點(diǎn)，在各中小型水庫及附近村鎮(zhèn)防汛點(diǎn)配備若干便攜式自適應(yīng)電臺，建設(shè)點(diǎn)對點(diǎn)和一點(diǎn)對多點(diǎn)的語音和低速傳輸短波應(yīng)急預(yù)警通信鏈路（見圖2）。

（2）中型水庫的單一方案

在地處邊遠(yuǎn)地區(qū)的單個水庫，推薦配備柯頓便攜式電臺，建立點(diǎn)對點(diǎn)的應(yīng)急通信聯(lián)絡(luò)鏈路（見圖3），作為應(yīng)急預(yù)警手段。

（3）車載移動方案

為保證特殊情況下的預(yù)警應(yīng)急系統(tǒng)的可靠暢通，可配置柯頓NGTVR型電臺，建設(shè)車載移動通信中心 （見圖4），在其他應(yīng)急通信中斷的情況下，可以作為應(yīng)急備份手段執(zhí)行保障任務(wù)。

（4）高頻預(yù)警應(yīng)急通信保障方案

為保證高頻預(yù)警應(yīng)急通信及時(shí)可靠、準(zhǔn)確無誤，實(shí)現(xiàn)水庫預(yù)警通信應(yīng)著重推廣采用數(shù)字化短波電臺。選用現(xiàn)代數(shù)字化短波電臺設(shè)備來規(guī)范和改造短波通信網(wǎng)，提高中小型水庫的短波通信質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)短波通信數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化；及時(shí)對已有的模擬短波電臺網(wǎng)進(jìn)行逐步升級改造，利用“靜噪”功能，抑制插入噪聲，利用DSP數(shù)字單端消噪技術(shù)，解決背景混雜噪聲，利用預(yù)測預(yù)報(bào)正確選用工作頻率，正確架設(shè)天線，科學(xué)選用饋線，做好匹配連接等方式、方法，改善通話功能和通信質(zhì)量，也可以購買一些含有數(shù)字處理濾波技術(shù)的音頻濾波裝置和優(yōu)質(zhì)電臺、天線，接在電臺音頻輸出，能夠有效降低噪聲，改善話音質(zhì)量。同時(shí)，還應(yīng)盡量加強(qiáng)地波場強(qiáng)，延長地波傳播距離，抬高天線輻射仰角，縮短天波落地距離；妥善解決地波和天波都覆蓋不到的20～120km區(qū)域內(nèi)短波盲區(qū)。

圖2 短波通信網(wǎng)拓?fù)鋱D

圖3 短波通信示意圖

圖4 車載移動通信拓?fù)鋱D

三、建 議

①建設(shè)中小型水庫預(yù)警體系要因地制宜，不同水庫、不同地域應(yīng)采取不同的解決方案。在中小型水庫集中的地區(qū)建立短波網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，平時(shí)傳輸雨水工情信息和水庫管理動態(tài)，洪澇災(zāi)害前發(fā)出洪水警報(bào)，災(zāi)害中作為應(yīng)急手段，最大限度地提高系統(tǒng)的使用效率；在中小水庫分散的地區(qū)，以單機(jī)裝備為主，配備全向天線和定向天線各一副，保障大面積洪水突發(fā)后的通信聯(lián)絡(luò)暢通；在防汛任務(wù)較重的縣級防汛部門配備和儲備2～3套短波設(shè)備，作為預(yù)警手段，汛期和緊急情況時(shí)發(fā)放，不用時(shí)集中管理；在配備應(yīng)急移動通信車載系統(tǒng)時(shí)，要把短波通信電臺作為必配手段。

②中小型水庫大多地處地形復(fù)雜的偏遠(yuǎn)地區(qū)，這里管理人員不足，維修力量薄弱，因此在選型時(shí)要選擇那些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、能耗較小、抗毀能力強(qiáng)，能夠在最短時(shí)間內(nèi)完成信息的可靠傳輸，在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮作用的裝備。

③由于短波裝備更新?lián)Q代周期長、設(shè)備耐用、價(jià)格較低、無需支付通話費(fèi)用、設(shè)備一次性投入費(fèi)用與長期防洪預(yù)警應(yīng)急的社會效益比值明顯，因此在安排計(jì)劃時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮。

[1]王興亮.現(xiàn)代通信技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

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