侯小鵬 譚顯春

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢 430064

艦載機(jī)輔助數(shù)據(jù)的通信

侯小鵬 譚顯春

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢 430064

艦載機(jī)上起輔助作用的數(shù)據(jù)對(duì)于改善艦載機(jī)的性能，提高打擊精度起著重要作用。對(duì)目前成熟的無(wú)線通信技術(shù)：微波、激光、藍(lán)牙、紅外4種通信模式進(jìn)行了闡述，從傳輸距離、速度、安全性、可靠性、抗干擾性、存在的缺陷等方面分別進(jìn)行了分析比較，得出更適合輔助數(shù)據(jù)傳遞的是藍(lán)牙通信。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了復(fù)雜情況下的藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)，得到傳輸距離、靈敏度、誤碼率等數(shù)據(jù)，印證了更適合艦載機(jī)輔助數(shù)據(jù)傳遞的模式是藍(lán)牙通信。關(guān)鍵詞：微波通信；激光通信；藍(lán)牙通信；紅外通信；艦載機(jī)

1 引 言

艦載機(jī)是以航空母艦或其他軍艦為基地的飛機(jī)，可用于攻擊空中、水面、水下和地面目標(biāo)，能執(zhí)行預(yù)警、偵察、巡邏、護(hù)航、布雷、掃雷、補(bǔ)給、救護(hù)和垂直登陸等任務(wù)，是海軍主要作戰(zhàn)裝備以及奪取和保持海上制空權(quán)、制海權(quán)的重要力量。艦載機(jī)的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的海戰(zhàn)模式，使海上戰(zhàn)場(chǎng)由平面變成立體，形成空中、水面、水下一體化的戰(zhàn)場(chǎng)空間。艦載機(jī)成為奪取海洋上空制空權(quán)的關(guān)鍵，使海戰(zhàn)變得更加復(fù)雜激烈、節(jié)奏加快，海上作戰(zhàn)形式和戰(zhàn)術(shù)也隨之呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)。艦載機(jī)與指揮艦之間的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)交換主要依賴數(shù)據(jù)鏈及衛(wèi)星通信系統(tǒng)。此外，但還有一些起輔助作用的數(shù)據(jù)，如時(shí)間信息、外圍數(shù)據(jù)等對(duì)于目標(biāo)的解算起到一定作用，這些數(shù)據(jù)也應(yīng)實(shí)時(shí)傳輸給艦載機(jī)。由于這些數(shù)據(jù)只是輔助性的，不必通過(guò)數(shù)據(jù)鏈傳遞，其傳輸可以通過(guò)艦載機(jī)自身?yè)碛械臒o(wú)線發(fā)送裝置就可以實(shí)現(xiàn)。以下對(duì)一些目前成熟的無(wú)線通信模式進(jìn)行介紹和比較，以便選擇更適合的方式。

2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模式

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸方案主要有以下4種［1］：

1）采用微波擴(kuò)頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。所謂微波是一種具有極高頻率 （通常為300 MHz～300 GHz），波長(zhǎng)很短（通常為 1 m～1 mm）的電磁波。該技術(shù)的特點(diǎn)是利用偽隨機(jī)碼對(duì)輸入信息進(jìn)行擴(kuò)展頻譜編碼處理，然后在某個(gè)載頻進(jìn)行調(diào)制以便傳輸。該方式屬于中程寬帶通信方式。

2）采用激光技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸［2］。激光通信技術(shù)由于其具有單色性好、方向性強(qiáng)、光功率集中、難以竊聽(tīng)、成本低、安裝快等特點(diǎn)，而受到各國(guó)的高度重視。目前激光大氣通信系統(tǒng)實(shí)用化涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有：連續(xù)波大功率激光器技術(shù)；自適應(yīng)變焦技術(shù)；光波窄帶濾波技術(shù)；光源穩(wěn)頻技術(shù)；信號(hào)壓縮編碼技術(shù)；光學(xué)天線設(shè)計(jì)制作和安裝校準(zhǔn)技術(shù)等。

3）采用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸［3］。藍(lán)牙技術(shù)是一種開(kāi)放性的無(wú)線數(shù)據(jù)通信協(xié)議，主要用于近距離無(wú)線連接。其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá) 1 Mb／s（有效傳輸速度為 721 kb／s），最大傳輸距離為10 m，用戶不必經(jīng)過(guò)申請(qǐng)便可利用2.4 GHz的ISM頻帶，在其上設(shè)立79個(gè)帶寬為1 MHz的信道，用每秒切換1 600次的頻率、通過(guò)滾齒方式的頻譜擴(kuò)散技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電波的收發(fā)。藍(lán)牙的載頻選用2.45 GHz，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信建立一個(gè)短程的連接，使通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合，增強(qiáng)不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備在無(wú)線環(huán)境下的通用性和互操作性。

藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)包括：采用跳頻技術(shù)，抗信號(hào)衰減；采用快跳頻和短分組技術(shù)，減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃?；采用前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，減少遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的隨機(jī)噪聲影響；使用2.4 GHz的ISM頻段，無(wú)須申請(qǐng)?jiān)S可證；采用FM調(diào)制方式，降低設(shè)備的復(fù)雜性。藍(lán)牙傳輸是通過(guò)RF（2.4 GHZ）載波進(jìn)行的，因此它具有電磁波的基本特征：功率較大，可以增加傳送距離；沒(méi)有角度及方向性限制；具有穿透性；可在物體之間反射、鏡射、繞射。藍(lán)牙主要用于短距離傳輸（最多10 m）數(shù)據(jù)和語(yǔ)音（1 Mbps），功耗非常低，同時(shí)能連接許多元件，傳輸速度快。

4）采用紅外線技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸［4］。紅外線是波長(zhǎng)在750 nm～1 mm之間的電磁波，其頻率高于微波而低于可見(jiàn)光，是一種人眼看不見(jiàn)的光線。由于紅外線的波長(zhǎng)較短，對(duì)障礙物的衍射能力差，所以更適合在需要短距離無(wú)線通信的情況下進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直線數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率最快可達(dá)16 Mbps。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（IRDA）將紅外數(shù)據(jù)通信所采用的光波的波長(zhǎng)范圍限定在850 nm～900 nm之間。

3 適合艦載機(jī)通信的方式

輔助時(shí)間信息通常在艦載機(jī)起飛前被用于進(jìn)行校正，然后利用飛機(jī)自帶的計(jì)算機(jī)晶振進(jìn)行守時(shí)，考慮到艦載機(jī)執(zhí)行飛行的時(shí)間一般不會(huì)很長(zhǎng)，普通晶振均能精確到毫秒級(jí)，這樣進(jìn)行目標(biāo)解算后獲得的值就與指揮艦上得到的值保持一致。所以艦載機(jī)輔助數(shù)據(jù)的傳遞利用無(wú)線技術(shù)，對(duì)距離要求不高而對(duì)可靠性要求高，理論上采用這幾種方式均可，以下從傳輸距離、傳輸速度、安全性、抗干擾性、可靠性、不足及成本7個(gè)方面進(jìn)行比較，比較結(jié)果如表1所示。

通過(guò)比較，可知由于艦載機(jī)起飛前位于甲板平臺(tái)，因此距離上應(yīng)該在100 m左右，要求傳播可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，可采取一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的發(fā)送方式。在幾種通信方式中，由于其傳輸距離近，光通信采取的是直線傳播方式；微波性質(zhì)接近于光波，也采取直線傳播方式，繞射能力差，但是傳播距離遠(yuǎn)，適合用于編隊(duì)之間的數(shù)據(jù)共享；藍(lán)牙通信由于具備電磁波的性質(zhì)，沒(méi)有角度及方向性限制，具有穿透性，可在物體之間反射、鏡射、繞射，因此適用于艦載機(jī)之間輔助數(shù)據(jù)的傳遞。

表1 4種通信模式的比較

在相關(guān)試驗(yàn)中，我們采用BCM2033藍(lán)牙單片機(jī)系統(tǒng)，外接［5］藍(lán)牙功率放大器 CGB240，調(diào)節(jié)功率放大器的輸入電源為3.2 V時(shí)，輸出功率達(dá)到23 dBm。在標(biāo)準(zhǔn)模式下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，將測(cè)試系統(tǒng)作為主設(shè)備，藍(lán)牙作為從設(shè)備時(shí)，測(cè)試者發(fā)送POLL信息包，從設(shè)備將通過(guò)返回一個(gè)NULL信息包確認(rèn)這些信息已收到。

表2 一般情況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

當(dāng)加大發(fā)射功率，使輸出功率達(dá)到25 dBm時(shí)，得出的數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 加大發(fā)射功率后試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，當(dāng)藍(lán)牙系統(tǒng)的輸出功率達(dá)到30 dBm以上時(shí)，傳輸距離可以達(dá)到100 m以上，并且可以穩(wěn)定傳輸，數(shù)據(jù)正確性達(dá)到100%，數(shù)據(jù)傳輸速率最小可以達(dá)到400 kb／s，而輔助數(shù)據(jù)的發(fā)送通常為1幀／s，以此傳輸速度及穩(wěn)定性，考慮實(shí)際艦載機(jī)甲板平臺(tái)的長(zhǎng)度，使用藍(lán)牙通信模式完全可以滿足實(shí)際距離上的需求。同時(shí)由數(shù)據(jù)看出，電磁干擾以及鋼板隔離等對(duì)于其傳輸距離、準(zhǔn)確性及傳輸速度等方面影響不大，這對(duì)于滿足艦船這種強(qiáng)電磁環(huán)境下的穩(wěn)定通信要求是很重要的。而且，采用跳頻技術(shù)、加密技術(shù)后，可保證數(shù)據(jù)的保密傳輸，能夠滿足艦船對(duì)于數(shù)據(jù)保密方面的需求。更重要的是，使用藍(lán)牙可以組建微微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，這是其他無(wú)線模式所難以實(shí)現(xiàn)的（紅外等模式不具備或代價(jià)很高）。

4 結(jié)束語(yǔ)

艦載機(jī)上輔助數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量小，面對(duì)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、穩(wěn)定傳輸、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)保密要求高等需求時(shí)，藍(lán)牙通信完全可以滿足艦載機(jī)輔助數(shù)據(jù)的傳輸要求。目前，藍(lán)牙技術(shù)商業(yè)化已經(jīng)很成熟，在技術(shù)、硬件上以及軟件上均能滿足實(shí)際使用要求。

［1］KENYON H S.Telecommunications standard key to transformation［J］.Signal，2004，（12）：10－12.

［2］黃智偉，朱衛(wèi)華.計(jì)算機(jī)無(wú)線通信接口電路及程序設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2002，10（2）：339-341.

［3］MILLER B A.藍(lán)牙核心技術(shù) ［M］.宋俊龍，侯春萍，宋梅，等譯，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［4］王勇，徐大雄.漫射紅外通信系統(tǒng)射擊及其對(duì)抗技術(shù)［J］.北京：北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，22（2）：49-53.

［5］黃智偉，王彥，廖金盛.藍(lán)牙收發(fā)芯片RF2968的原理及應(yīng)用［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2002（11）：38-42.

Assistant Data Communication with Shipborne Aircraft

Hou Xiao－peng Tan Xian-chun
China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

Data transferred to shipborne aircraft can help to improve its performance and striking capability.This paper discusses four kinds of wireless communication technology， including microwave communication， laser communication， Bluetooth communication and infrared ray communication.A comparison was carried out with respect to the transmission distance， transmission speed， security， reliability and anti－jamming.An experiment was also made to measure the data transferring ability， sensitivity and error rate as to validate the availability of Bluetooth communication，the measured data show that it is more suitable for assistant data communication with shipborne aircraft.

microwave communication；laser communication；Bluetooth communication； infrared ray communication；shipborne aircraft

U675.7

A

1673－3185（2010）02－78－03

2009－07－10

侯小鵬（1977－），男，碩士，助理工程師。研究方向：軟件設(shè)計(jì)。E-mail：xp_hou00@yahoo.com.cn。

譚顯春（1964－），男，研究員。研究方向：艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)