機(jī)載通信系統(tǒng)新技術(shù)研究

陳冬

【摘要】 機(jī)載信息技術(shù)在未來戰(zhàn)爭中將發(fā)揮越來越重要的作用。文章從新時期機(jī)載應(yīng)用需求出發(fā)，分析了機(jī)載通信系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的新趨勢。重點(diǎn)針對機(jī)載抗干擾通信、寬帶通信、衛(wèi)星通信、協(xié)同通信等技術(shù)手段，分析了應(yīng)用特點(diǎn)及其性能需求。

【關(guān)鍵詞】 機(jī)載通信 抗干擾 定向組網(wǎng) 衛(wèi)星通信 軟件無線電

Research on the Development of Airborne Communication Technology

CHEN Dong （Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036）

Abstract：Airborne communication technology performs key role in an air battle. This paper researches on the fresh development trend of airborne communications stems from the requirement of future aerial operation.Then， the characteristic and capability of typical airborne communication technology is discussed.

Keywords：Airborne communication； anti-jamming； directional network； aeronautical satcom； software defined radio.

一、引言

通信系統(tǒng)是機(jī)載電子設(shè)備的重要組成部分，一般包括高頻（HF）、甚高頻（VHF）及特高頻（UHF）通信設(shè)備，支持駕駛艙話音通信和低速數(shù)據(jù)鏈業(yè)務(wù)。隨著作戰(zhàn)飛機(jī)的高速化、多功能、綜合化的發(fā)展，由此帶來的信息種類和信息容量需求迅猛增長，信息應(yīng)用模式也必須滿足新的作戰(zhàn)任務(wù)要求。

從通信覆蓋范圍上看，需要支持飛機(jī)在廣袤地域和海域進(jìn)行遠(yuǎn)程作戰(zhàn)時的通信保障，通信距離由視距擴(kuò)展至數(shù)千公里；從傳輸組網(wǎng)能力上看，為滿足復(fù)雜電磁環(huán)境下更多、更先進(jìn)的機(jī)載武器和傳感器應(yīng)用要求，需要大幅提升通信傳輸帶寬、組網(wǎng)容量、抗干擾能力等主要技術(shù)指標(biāo)，提高智能化組網(wǎng)能力、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連能力等；從平臺支持性上看，需要考慮高集成度平臺的應(yīng)用需求，如通用化、小型化、多模式集成能力；從作戰(zhàn)任務(wù)上看，新型機(jī)載通信裝備需要支持傳感器數(shù)據(jù)協(xié)同、時敏目標(biāo)快速瞄準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)化制導(dǎo)等應(yīng)用模式。

本文針對作戰(zhàn)飛機(jī)應(yīng)用需求，從傳輸能力、作用距離、抗干擾性、集成應(yīng)用等方面展開討論，并對典型技術(shù)和設(shè)備的能力進(jìn)行分析。

二、典型應(yīng)用

機(jī)載通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)空中飛機(jī)平臺之間、空中飛機(jī)與地面單元之間信息化鉸鏈的核心系統(tǒng)，主要應(yīng)用包括：地空視距/超視距指揮引導(dǎo)、大范圍地理環(huán)境及戰(zhàn)場態(tài)勢信息共享；大容量傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸與分發(fā)；機(jī)群戰(zhàn)術(shù)級/火力級協(xié)同等。

機(jī)載通信系統(tǒng)典型的綜合應(yīng)用想定如圖1所示。

三、技術(shù)體系

基于新型的機(jī)載平臺/機(jī)群信息化需求和典型使用模式，機(jī)載通信系統(tǒng)技術(shù)體系架構(gòu)如圖2所示。其中，超短波數(shù)據(jù)/話音通信、機(jī)載衛(wèi)星通信等屬于通信手段，而基于綜合化、模塊化的機(jī)載通信設(shè)備則是這些通信手段的物理承載。本文主要研究的內(nèi)容包括智能抗干擾超短波通信、機(jī)群作戰(zhàn)協(xié)同通信、機(jī)載寬帶大容量通信、機(jī)載衛(wèi)星通信，以及先進(jìn)機(jī)載通信綜合技術(shù)。

3.1智能抗干擾超短波通信技術(shù)

航空通信主用的V/UHF頻段，大量系統(tǒng)工作在約200MHz帶寬內(nèi)，頻譜資源異常擁擠，存在嚴(yán)重的有意和無意干擾等情況。通信抗干擾和頻譜感知技術(shù)的不斷演進(jìn)，發(fā)展出空時頻聯(lián)合自適應(yīng)抗干擾技術(shù)?？垢蓴_通信從傳統(tǒng)的時頻域擴(kuò)展到空域，使得構(gòu)建空時頻域的聯(lián)合抗干擾通信成為可能；而頻譜監(jiān)控感知技術(shù)的發(fā)展，為根據(jù)實(shí)時戰(zhàn)場電磁環(huán)境變化而自適應(yīng)變化的抗干擾通信提供了基礎(chǔ)。

因此，采用空時頻聯(lián)合自適應(yīng)抗干擾技術(shù)，可以使通信系統(tǒng)更加適應(yīng)機(jī)載通信的復(fù)雜變化的電磁環(huán)境，更有效應(yīng)對各種人為的敵意干擾，從而為作戰(zhàn)飛機(jī)提供高效可靠的指揮控制通信保障，對現(xiàn)有裝備的性能提升及新型裝備研制都有重要意義。

圖3描述了空時頻域自適應(yīng)抗干擾技術(shù)的基本方法：面對復(fù)雜電磁干擾環(huán)境，采用干擾實(shí)時捕獲和快速識別技術(shù)，獲取電磁干擾特征，運(yùn)用自適應(yīng)抗干擾策略確定當(dāng)前采用的空時頻域抗干擾通信方式，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

3.2機(jī)群作戰(zhàn)協(xié)同通信技術(shù)

協(xié)同通信技術(shù)與作戰(zhàn)應(yīng)用緊密綁定，主要應(yīng)用于機(jī)群協(xié)同組網(wǎng)作戰(zhàn)。多機(jī)協(xié)同可有效提高機(jī)群體系化對抗能力，縮短單平臺之間的差距，特別是敵我雙方存在代差的情況下，如四代機(jī)與五代機(jī)對抗。

通過協(xié)同通信鏈路，機(jī)群協(xié)同作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)平臺間傳感器直接鉸鏈、火力協(xié)同。將傳感器探測到的信息在不同武器平臺間低時延共享，通過平臺上的融合處理形成火控精度要求的戰(zhàn)場圖像。協(xié)同通信的主要業(yè)務(wù)形式包括原始目標(biāo)數(shù)據(jù)、武器狀態(tài)、火力協(xié)同信息、攻擊效果評估數(shù)據(jù)、傳感器控制數(shù)據(jù)、武器控制信息、目標(biāo)精確位置信息等，還可傳輸指揮控制信息、態(tài)勢信息等。

從使用模式上看，機(jī)群協(xié)同通信可分為基本型和增強(qiáng)型模式，采用不同的設(shè)備形態(tài)和傳輸組網(wǎng)等技術(shù)體制實(shí)現(xiàn)上述功能。其中，基本型主用于不同類型平臺之間的低時延組網(wǎng)，而增強(qiáng)型采用具有快速自動對準(zhǔn)跟蹤功能的定向天線（如AESA），具有較強(qiáng)的LPI/LPD性能，主要用于隱身飛機(jī)之間的協(xié)同。

3.3機(jī)載寬帶大容量通信技術(shù)

高分辨率的戰(zhàn)場偵察情報信息實(shí)時傳輸需求一直以來都是推動機(jī)載通信向?qū)拵Щl(fā)展的主要因素。機(jī)載寬帶大容量通信技術(shù)主要應(yīng)用于預(yù)警機(jī)、指揮通信飛機(jī)、有人/無人偵察機(jī)、通信中繼飛機(jī)等C4ISR平臺，通過將這些空中骨干節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)化連接，構(gòu)建高動態(tài)、自組織、安全可靠的空基骨干網(wǎng)，實(shí)時傳輸大容量的偵察情報信息、視頻信息、圖像信息，以及指揮控制、網(wǎng)絡(luò)管理等綜合信息，為陸、海、空多層空間的大量C2節(jié)點(diǎn)和戰(zhàn)術(shù)節(jié)點(diǎn)提供高質(zhì)量信息服務(wù)，可有效提升空地、空海一體化信息作戰(zhàn)的能力。

主要方案是采用毫米波頻段的定向通信，通過高增益天線、高速調(diào)制解調(diào)、多通道并行信息處理、定向MESH組網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高帶寬和多用戶。此外，機(jī)載射頻與激光混合組網(wǎng)通信也是當(dāng)前研究熱點(diǎn)，可以有效解決大容量和抗干擾的矛盾。

3.4機(jī)載衛(wèi)星通信技術(shù)

衛(wèi)星通信在軍民用領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用，特別是在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，已成為支持軍事作戰(zhàn)行動的主要遠(yuǎn)程通信手段，大量裝備于海陸空軍各種作戰(zhàn)平臺。目前，機(jī)載衛(wèi)星通信應(yīng)用主要集中在運(yùn)輸機(jī)等較大型平臺上，戰(zhàn)斗機(jī)等作戰(zhàn)平臺則受安裝環(huán)境限制，應(yīng)用較少。

從技術(shù)發(fā)展的角度來看，機(jī)載衛(wèi)通的發(fā)展趨勢之一是向更高頻段擴(kuò)展。高頻段由于可提供更好的傳輸速率、抗干擾、抗截獲能力，近期受到越來越多的關(guān)注。但是高頻段機(jī)載衛(wèi)通實(shí)現(xiàn)起來的技術(shù)難度也更大，天線復(fù)雜度高，波束窄，對于安裝位置和指向精度的要求更高，尤其是對于體積小、速度快的飛機(jī)而言。另一個發(fā)展趨勢，是將UHF頻段戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信技術(shù)推廣應(yīng)用于大量的戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)等戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)，具有覆蓋范圍廣、設(shè)備（包括天線）復(fù)雜度低、成本可接受的優(yōu)勢。

3.5先進(jìn)機(jī)載通信綜合技術(shù)

如前所述，隨著信息化作戰(zhàn)需求的不斷提升，機(jī)載通信技術(shù)及實(shí)際應(yīng)用呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢，各種大小型飛機(jī)平臺集成了多種通信功能，且更新?lián)Q代速度越來越快。一方面，若采用傳統(tǒng)的聯(lián)合式集成技術(shù)將機(jī)載通信設(shè)備進(jìn)行簡單累加，會造成系統(tǒng)規(guī)模不可控，與載機(jī)平臺有限的載荷、空間、供電能力形成了鮮明的矛盾；另一方面，現(xiàn)有通信設(shè)備受到軟/硬件資源的限制，僅能滿足已有波形的使用需求，功能可擴(kuò)展性差。

先進(jìn)機(jī)載通信綜合技術(shù)利用軟件無線電的功能軟件化、軟硬件分離的特點(diǎn)，為機(jī)載多頻段、多模式通信提供高度綜合化的解決方案。系統(tǒng)采用開放式架構(gòu)，支持軟硬件分離設(shè)計，具備功能擴(kuò)展能力。

通過通用化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，還可有效控制機(jī)載通信系統(tǒng)的硬件規(guī)模，縮減重量、體積、功耗，滿足各種機(jī)載平臺的適裝性要求。

四、能力需求

針對上述機(jī)載通信技術(shù)手段，結(jié)合應(yīng)用支持要求和對裝載平臺能力考慮，對各通信手段性能與能力需求分析如下表1。

五、結(jié)束語

未來空中戰(zhàn)場具有高度信息化特征，機(jī)載平臺和機(jī)載武器作戰(zhàn)對信息優(yōu)勢的依賴會越來越強(qiáng)。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綜合化的先進(jìn)機(jī)載通信技術(shù)，能夠有效地提高機(jī)群作戰(zhàn)的體系化對抗能力，實(shí)現(xiàn)由平臺為中心向網(wǎng)絡(luò)為中心轉(zhuǎn)變。

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