流星余迹通信的应急通信网络研究

　　1　引言

　　在太阳系里的有些流星以每秒10~75km的速度和大气层摩擦时,就会使流星表面的原子气化并电离,从而形成一个细长的圆柱状的尾迹,这就是流星余迹。20世纪20年代,美国的一家长波传输局在进行电波观测试验时,发现流星群的出现和电波的接收之间有着明显的关系。1935年Skel-let.A.M正确揭示了流星通信的产生原理,随后通过各种实验,提出了流星余迹通信的设想,同时实现了1050千米双向间歇式流星余迹电传报通信[1]。流星电离余迹的寿命很短,仅有几百毫秒至一秒左右,下一个流星的出现要等待几秒钟至几分钟,甚至超过十几分钟。因此这种通信方式只能是间断的、突发的。由于流星余迹通信不受气候变化、电离层变化甚至核爆炸的影响,同时,流星余迹通信设备以其造价便宜、传输距离远等的特点[2],这就决定了它还特别适于应急通信方面的使用。

　　2　流星余迹通信的基本原理

　　当流星高速射入地球大气层时,与大气层摩擦产生细长的电离的“空气柱”,当电波遇到这种流星余迹时将发生反射和折射现象,因而使电波射向接收点。流星余迹通信就是利用这种反射和散射作用实现通信的。流星余迹通信中,与以两站为焦点旋转的椭圆体的相接处有流星余迹产生时,这两站之间才有可能通信。这种状态称为两站之间存在流星突发传输链路。发站发射的电波到达流星余迹,就被以流星余迹为轴的椭圆壳再辐射,然后到达这个椭圆壳与地面相交的区域。这个区域一般为细长的马蹄形,称为“足迹”。处于这个区域内的站,才能收到发站所发的信息。图1出示流星余迹的基本原理。

　　流星余迹通信的单条链路的通信距离由地球表面曲率和流星余迹的高度决定的。余迹的存留时间与余迹的电子密度有关,平均的余迹存留时间为0.58秒。流星余迹出现的数目随季节的不同而变化,在夏季相对出现率高;流星余迹的出现率还与每天的时间有关。这是因为地球绕着太阳轨道运行,在日出时地球掠过流星,此时流星较多,在日落时,因地球远离流星,此时流星较少。

　　流星余迹通信系统的网络结构一般有三种:单基站星状网、多基站环状网和多基站单中心网。

　　2.1　单基站星状网结构

　　单基站星状网结构是流星余迹通信系统最基本的网络结构[3],它是以基站为整个网络的核心和若干个移动台构成,如图3所示,基站使用同一频段与其所覆盖范围内的若干个移动台通信(由收发设备数决定),基站和移动台构成一种实际的“空分复用系统”。基站不断发送探测信号,当基站与移动台之间存在流星突发传输链路时,移动台接收到基站的探测信号,移动台利用流星突发传输链路发射应答信号;基站收到应答后就向移动台发送确认信息,移动台收到确认信息后,基站与移动台之间就构建一条链路,然后基站与移动台之间开始连续发送报文,直到链路中断或者报文发送完毕。在发送报文过程中可能报文未发送完毕时链路中断,这就要求接收方要有排序的功能。