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流星餘跡通信

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流星余迹通信
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流星餘跡通信Meteor trail communication)、流星散射通訊meteor scatter communications[1],是一種無線電傳播模式,它利用流星再入大氣層時的電離軌跡,有實驗表明,可以在相距2300公里的無線電台之間藉助流星余跡建立通訊路徑[2]。這種通訊方式由於依賴流星余跡,通訊過程是間斷的、突發的,所以也被稱為流星猝發通信Meteor burst communications[3]。流星餘跡通信在軍事和民用領域均有應用[4]

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SNOTEL英語SNOTEL使用的流星餘跡通信

第一個可用的流星餘跡通信系統——加拿大的JANET開發於1954年。以現代的標準來看該系統很粗糙,但其激發了人們對流星餘跡通信的興趣。JANET的平均數據傳輸速率約為每分鐘30字,錯誤率在1%~4%之間[5]

原理及特點

當地球沿著軌道運行時,每天有數百萬顆流星顆粒進入地球大氣層,其中一小部分流星顆粒具有對點對點通訊有用的特性[6]。流星顆粒在大氣層80到120公里的高度與空氣摩擦而開始燃燒,在大氣層的E層英語Kennelly–Heaviside layer中產生一條電離粒子的軌跡,這種軌跡可以持續幾秒鐘,長度十幾至幾十千米,這就是流星余跡。流星余跡的電子密度比周圍電離層大,其能反射的頻率是由流星產生的電離強度所決定,通常在30兆赫到50兆赫之間,可以用來反射或者散射超短波[7][8]

典型的流星餘跡通信系統包括一個主站和一個或多個接收站。主站向大氣發送一個連續的探測訊號,接收站等待並監聽。在某一時刻,流星出現,產生余跡將主站發送的訊號反射至接收站,接收站在這個時間窗口中藉助此流星軌跡向主站發出訊號,主站應答並「握手」建立通訊鏈路。現在兩個觀測站均有一個窗口——通常只有幾分之一秒長——在流星軌跡擴散和通道關閉之前發送和接收數據。窗口結束後主站繼續發送探測訊號直到找到下一條路徑[9]

根據美國國家安全局(NSA)的一份解密報告,0.1秒長的通訊窗口平均每17秒出現一次,0.2秒長的通訊窗口平均每35秒出現一次,0.4秒長的通訊窗口平均每143秒出現一次,更長的時間窗口(如1.6秒)每兩天出現一次[5]

流星餘跡通信不依賴電離層,受太陽黑子極光核爆炸等影響小,在地球的任意緯度,在電離層受到干擾不穩定的情況下保證有效通訊;不依賴通訊衛星,在爆發太空戰爭時衛星被摧毀的情況下,或者衛星因宇宙射線故障的情況下,作為備份通訊手段。不過由於其速率較低,通常在16kbit/s以下,因此多用於最低限度的應急通訊手段[3]

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軍事用途

北大西洋公約組織(NATO)於1965年開發了第一個採用自動重傳請求技術的流星餘跡通信系統,該系統被稱為COMET(COmmunication by MEteor Trails),已成功用於荷蘭和法國之間的點對點電信,其通訊站位於荷蘭、法國、義大利、西德、英國和挪威[9]。隨著自動重傳請求的出現,流星餘跡通信系統的錯誤率急劇下降[5]

科學用途

美國農業部(USDA)於1970年代建設SNOTEL英語SNOTEL的系統中廣泛使用流星餘跡通信技術。美國西部有800多個雪水含量測量站配備了無線電發射機,這些發射機依靠流星餘跡通信將測量結果發送到數據中心。可以在Internet上查看此系統收集的降雪深度數據[10]

參考文獻

延伸閱讀

外部連結

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