美國海軍5G技術(shù)的應(yīng)用研究進展分析

朱 煒 崔 蕾 周智偉

1.海裝廣州局駐重慶地區(qū)第一軍事代表室；2.中國船舶集團有限公司第七一四研究所

5G技術(shù)具有大規(guī)模連接、大寬帶、高可靠、低時延等優(yōu)勢，在自動駕駛、指揮控制、物流倉儲、后勤維保、情報監(jiān)視與偵察等軍事領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，受到美軍高度關(guān)注。在國防部指導(dǎo)下，美國海軍大力開展5G技術(shù)軍事應(yīng)用探索，挖掘技術(shù)價值。2022年5月3日，美國海軍信息戰(zhàn)系統(tǒng)司令部負(fù)責(zé)籌建的“5G智能倉庫”交付使用，標(biāo)志著美國國防部5G試點項目、海軍5G技術(shù)應(yīng)用研究取得重大突破。

一、美國海軍5G技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀

美國海軍在《國防部5G戰(zhàn)略》《5G戰(zhàn)略實施計劃》等文件指導(dǎo)下，積極參與國防部5G技術(shù)項目，圍繞智能倉庫、邊緣計算、網(wǎng)絡(luò)接入、物流跟蹤等領(lǐng)域布局應(yīng)用研究項目，并探索5G技術(shù)在海戰(zhàn)自主與無人系統(tǒng)、指揮控制、情報監(jiān)視與偵察等領(lǐng)域的應(yīng)用。

1. 演示5G技術(shù)在倉儲環(huán)節(jié)的應(yīng)用

為驗證5G技術(shù)的軍用價值，逐步擴大該技術(shù)的軍用范圍，2019年11月，美國國防部圍繞動態(tài)頻譜共享測試平臺、增強/虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練、智能倉庫三大方面征詢有關(guān)5G技術(shù)大規(guī)模實驗和原型設(shè)計方案。2020年10月，美國國防部宣布為5個軍事基地的5G技術(shù)測試項目撥付6億美元，其中包括喬治亞州奧爾巴尼海軍陸戰(zhàn)隊后勤基地、加利福尼亞州圣地亞哥科羅納多海軍基地的5G智能倉庫項目。

奧爾巴尼海軍陸戰(zhàn)隊后勤基地5G智能倉庫重點關(guān)注如何利用5G技術(shù)提高倉庫運作效率，具體內(nèi)容包括實現(xiàn)倉庫的數(shù)字化與自動化，構(gòu)建自動系統(tǒng)、增強/虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、機器視覺系統(tǒng)等，實現(xiàn)海軍后勤系統(tǒng)一體化。2021年7月，美國海軍舉行了為期2天的技術(shù)演示，展示了5G技術(shù)如何提高物資接收、儲存、發(fā)放、庫存統(tǒng)計、審計效率。2022年8月，美國海軍再次進行該倉庫5G技術(shù)演示，展示了非公用共享頻譜的獨立組網(wǎng)與非獨立組網(wǎng)方案，以及物流、倉儲解決方案，包括自主機器人、高密度機器人存儲系統(tǒng)、基于微軟D365軟件的倉庫管理系統(tǒng)以及光學(xué)字符識別功能，還演示了彈性分布式定位網(wǎng)絡(luò)和分布式相干多輸入多輸出技術(shù)。

科羅納多海軍基地5G智能倉庫重點關(guān)注海軍岸上設(shè)施和海軍部隊間的物資運輸，具體內(nèi)容包括研發(fā)使用5G技術(shù)的自動叉車或其他用于拾取和物資運輸?shù)能囕v技術(shù)、自動機器視覺或增強現(xiàn)實系統(tǒng)等，如圖1所示。2022年2月，美國電話電報公司（AT&T）演示了5G網(wǎng)絡(luò)解決方案，其5G核心無線訪問網(wǎng)絡(luò)（RAN）達到了4Gbit/s以上的傳輸速度，以及小于10ms的延遲。2022年5月，科羅納多海軍基地5G職能倉庫舉行落成儀式并移交使用。2022年11月，該基地啟用了2臺模塊化垂直升降機，用于提高庫存物資運轉(zhuǎn)速度。

圖1 科羅納多海軍基地5G智能倉庫

2. 探索5G和邊緣計算技術(shù)的結(jié)合

2021年9月，為探索和開發(fā)基于5G和邊緣計算的海事解決方案，美國海軍研究生院與AT&T公司達成一項為期3年的合作研發(fā)協(xié)議，計劃開發(fā)基于5G和邊緣計算的海上應(yīng)用程序，實現(xiàn)有人船和無人船的相互連接。2022年8月，美國海軍研究生院在加利福尼亞州蒙特雷的海濱設(shè)施舉行海上安全5G節(jié)點剪彩儀式，該節(jié)點使用了AT&T公司研制的5G天線。5G和邊緣計算的結(jié)合將產(chǎn)生先進技術(shù)解決方案，如無人駕駛和自動駕駛汽車的連接系統(tǒng)，以及改善多域態(tài)勢感知、指揮和控制、培訓(xùn)、物流、預(yù)測性維護和數(shù)據(jù)分析的技術(shù)。

3. 驗證5G新型空中接口

2020年6月，在第一批5G技術(shù)試點項目基本確定后，美國國防部公布了新一批5G技術(shù)測試和實驗地點，其中海軍和海軍陸戰(zhàn)隊各承擔(dān)1項網(wǎng)絡(luò)接入項目，分別是諾福克海軍航空站岸－艦連接、海軍陸戰(zhàn)隊彭德爾頓大本營前進作戰(zhàn)基地－戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中心連接。

諾?？撕＼姾娇照景叮炦B接項目旨在開發(fā)一個使用5G技術(shù)的試驗臺，利用商用碼頭和船上5G基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)艦船與碼頭和艦船之間的內(nèi)部數(shù)據(jù)通信，以提高艦船在碼頭維護、補給的效率，如圖2所示。項目重點驗證5G技術(shù)在碼頭運營的應(yīng)用，包括維護、補給和使用5G技術(shù)進行艦船與岸上網(wǎng)關(guān)的無線連接。該項目于2022年2月完成初步設(shè)計評審。

圖2 諾福克海軍航空站設(shè)施

海軍陸戰(zhàn)隊彭德爾頓大本營前進作戰(zhàn)基地－戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中心連接項目旨在建造“基于開放系統(tǒng)的可互用、可重構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施解決方案”（OSIRIS）的5G測試平臺，驗證車輛、傳感器、用戶設(shè)備和其他終端通過5G技術(shù)接入網(wǎng)絡(luò)的能力。2022年2月，海軍陸戰(zhàn)隊授予洛克希德·馬丁公司、英特爾、DISH無線等5家公司合同，用于5G測試平臺研制。

4. 演示5G在運輸、配送環(huán)節(jié)的應(yīng)用

“補給設(shè)備5G識別”（5GISE）系統(tǒng)是美國海軍空戰(zhàn)中心分部研發(fā)的先進后勤跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用全球定位系統(tǒng)跟蹤器、射頻識別標(biāo)簽、5G網(wǎng)絡(luò)、移動設(shè)備和定制軟件，實現(xiàn)對加油車、牽引車、設(shè)備、飛機等資產(chǎn)的定位、跟蹤、顯示等功能，以大幅提升海軍機場、航母甲板上士兵調(diào)配物資的效率，提高戰(zhàn)備狀態(tài)。2022年1月，美國海軍空戰(zhàn)中心飛機分部快速原型設(shè)計、實驗、演示辦公室與大西洋戰(zhàn)斗機聯(lián)隊、海軍空戰(zhàn)中心飛機分部萊克赫斯特數(shù)字部門、思科系統(tǒng)公司共同對5GISE系統(tǒng)進行了測試，驗證了5GISE系統(tǒng)可在5G骨干網(wǎng)上運行。

5. 探索5G在自主與無人系統(tǒng)、指揮控制領(lǐng)域的應(yīng)用

在自主與無人系統(tǒng)方面，2021年7月，美國海軍陸戰(zhàn)隊部署新一代通信和災(zāi)難響應(yīng)車原型“戰(zhàn)術(shù)人道主義行動響應(yīng)車”（THOR）。這是第一款應(yīng)用5G技術(shù)的災(zāi)難響應(yīng)和指揮中心車原型，可在任何環(huán)境下的任何網(wǎng)絡(luò)中運行。2022年7月，美國海軍南加州科技橋辦公室測試了THOR的改進項目“電動戰(zhàn)術(shù)人道主義行動響應(yīng)車”（eTHOR），旨在用電動自動駕駛汽車搭載5G基站，為前沿基地作戰(zhàn)的機器人、無人系統(tǒng)、船只等提供5G專網(wǎng)。

在指揮控制方面，2022年4月，海軍首席數(shù)字創(chuàng)新官邁克爾·加爾布雷斯透露，海軍正在積極研究5G、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)收集如何與海軍主要網(wǎng)絡(luò)“互動”，并利用“對位壓制工程”項目提供的通信能力，消除軍種間的通信障礙。

二、5G技術(shù)對美國海軍作戰(zhàn)的影響

未來，美國海軍5G技術(shù)成熟并廣泛應(yīng)用后，將大幅提升海軍的情報監(jiān)視偵察能力、后勤維保效率，從而增強海軍的作戰(zhàn)能力。

1. 改善戰(zhàn)術(shù)前沿態(tài)勢感知能力

在5G大容量、高速率通信技術(shù)的輔助下，美國海軍戰(zhàn)術(shù)前沿部隊可建立局部通信網(wǎng)絡(luò)，接入部署的無人偵察系統(tǒng)、低功耗長續(xù)航固定式傳感器等，與戰(zhàn)術(shù)邊緣計算設(shè)備組網(wǎng)，利用機器學(xué)習(xí)、人工智能等新興技術(shù)在戰(zhàn)術(shù)前沿地區(qū)即時處理態(tài)勢感知信息，降低對后方數(shù)據(jù)中心的依賴，改善態(tài)勢感知的同時提高戰(zhàn)場應(yīng)變能力。

2. 奠定海洋物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)

軍事物聯(lián)網(wǎng)利用大量提前部署的低功耗、低成本傳感器完成早期情報收集與持續(xù)監(jiān)視，海洋物聯(lián)網(wǎng)概念則是軍事物聯(lián)網(wǎng)在海戰(zhàn)領(lǐng)域的應(yīng)用。這些大量部署的水面/水下傳感器可與低功耗、小型化的5G通信基站組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，定期與通信衛(wèi)星或來訪的無人系統(tǒng)連接，傳輸情報監(jiān)視數(shù)據(jù)。這些傳感器平時可用于采集對手裝備的各種數(shù)據(jù)、水文氣象等戰(zhàn)場信息，在戰(zhàn)時可監(jiān)視對手的動向。

3. 提高海軍后勤、維保與補給效率

海軍作戰(zhàn)領(lǐng)域覆蓋海上、水下、空中、灘涂、網(wǎng)絡(luò)與電磁，裝備種類繁多、數(shù)量龐大。海軍的后勤、維保與補給成為制約海軍戰(zhàn)力發(fā)揮的重要因素。利用5G通信技術(shù)，海軍可大幅改善后勤、維保的物資、財務(wù)管理能力，提高中轉(zhuǎn)效率，將后勤物資、維保設(shè)備與零件盡快運送到所需部門。此外，利用5G通信技術(shù)，美國海軍可在本土與海外基地大量部署自主補給機器人，提高油料、食品、彈藥等物資裝載補給的速度，縮短任務(wù)執(zhí)行的中斷時間，提高執(zhí)勤率。

三、幾點啟示

1. 通信技術(shù)是現(xiàn)代軍隊作戰(zhàn)的基礎(chǔ)，需要提前謀劃

雖然美軍高度重視5G技術(shù)，美國海軍也在大力推進5G的軍事應(yīng)用，但美軍在5G方面的領(lǐng)先優(yōu)勢并不明顯，主要是早期美軍并未重視5G技術(shù)。一方面，美軍現(xiàn)有通信體系比較完善，5G技術(shù)只是作為補充出現(xiàn)，并未顛覆現(xiàn)有通信技術(shù)。另一方面，民用領(lǐng)域的5G技術(shù)占用頻率與美軍部分軍用裝備沖突，而頻譜共享政策和技術(shù)未能得到發(fā)展。由此可見，提前謀劃通信技術(shù)、編制相應(yīng)的政策法規(guī)、預(yù)留頻率資源非常重要。

2. 軍事通信技術(shù)的發(fā)展需要自頂而下推動

通信技術(shù)是數(shù)據(jù)和信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，發(fā)展和部署軍用通信技術(shù)需要自頂而下推進。美國國防部制定了美軍的5G發(fā)展戰(zhàn)略和具體實施計劃，并選擇了智能倉庫、通信接入等試點項目，意在統(tǒng)一5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，降低5G軍事應(yīng)用的復(fù)雜度。而各軍種開展的虛擬和增強現(xiàn)實培訓(xùn)、邊緣計算、指控等5G應(yīng)用，可為國防部進一步推動5G應(yīng)用提供參考。

3. 后5G、6G技術(shù)軍用發(fā)展需要持續(xù)關(guān)注

美國國防部已經(jīng)啟動了后5G技術(shù)研究，旨在通過與其他政府科技機構(gòu)合作，重新獲得無線通信技術(shù)優(yōu)勢地位，如6G或更高標(biāo)準(zhǔn)。世界主要國家也都開展了6G技術(shù)的預(yù)研，意圖搶占先機。持續(xù)關(guān)注后5G、6G技術(shù)的發(fā)展，積極參與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制定，及時謀劃相關(guān)技術(shù)的軍事應(yīng)用，對縮短我軍通信技術(shù)研發(fā)到軍事應(yīng)用的周期至關(guān)重要。