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流星餘跡通信

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由SNOTEL（英語：SNOTEL）使用的流星餘跡通信

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]。

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]。

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

  1. ^ Weitzen, J.A. Meteor scatter communication: A new understanding. In Meteor Burst Communications. Wiley, New York, 1993, 9–58.
  2. ^ 流星余迹通信，保密性更强. 中國國防報. 2019年2月19日 [2020年1月30日]. （原始內容存檔於2020年1月30日）. 
  3. ^ 3.0 3.1 王東, 王碧翠, 張亞妮. 流星餘跡通信淺談[J]. 科技視界, 2012(17):10-11+100.
  4. ^ 俄罗斯将在北极地区投入流星余迹通讯设备. 觀察者網. 2019-09-26 [2020-02-05]. （原始內容存檔於2020-02-05）. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Meteor Burst Communications: An Ignored Phenomenon? - National Security Agency
  6. ^ Fuduka; Mahmud; Mukumoto. Development of MBC System Using Software Modem. IEICE Transactions on Communications. June 2000, E8#–B (6): 1269.  CiteSeerX 10.1.1.29.7934 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
  7. ^ "ITU - The Meteor Burst Communication Network System 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2014-09-06."
  8. ^ 专访新中国第一套流星余迹通信系统参研者刘增基. 西安電子科技大學新聞網. 2018年6月8日 [2020年1月30日]. （原始內容存檔於2018年9月19日）. 
  9. ^ 9.0 9.1 Meteor Burst Communication. Amusing Planet. 2019-09-16 [2020-02-05]. （原始內容存檔於2021-01-24）. 
  10. ^ SNOTEL Data Collection Network Fact Sheet. [2020-01-30]. （原始內容存檔於2018-01-02）. 

延伸閱讀

外部連結

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