劉海波

(海軍裝備部西安軍事代表局 西安 710054)

機載通信技術(shù)的設備與發(fā)展*

劉海波

(海軍裝備部西安軍事代表局 西安 710054)

機載通信技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著越來越重要的作用。文章介紹了機載通信技術(shù)的發(fā)展歷程以及裝備的研制、改進情況,指出了在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)展機載通信技術(shù)的優(yōu)勢和重要性,重點探討了幾種機載通信技術(shù)的性能及其特點,最后論述了機載通信技術(shù)的發(fā)展動向與分析。

機載通信; 發(fā)展分析

Class Number TN97

1 引言

隨著飛機的高速化、大型化以及高性能的發(fā)展,交通量的增加,由此帶來的通信信息量的猛增,使得飛機對電子設備的依賴性越來越大,因而,國內(nèi)外對機載電子設備的發(fā)展更為重視。機載電子設備中很重要的一個系統(tǒng)就是通信系統(tǒng)。它一般包括高頻(HF)通信設備、甚高頻(VHF)通信設備及特高頻(UHF)通信設備。本文就機載通信設備、發(fā)展動向、發(fā)展分析等,作進一步的研究和探討[1]。

2 機載通信設備

飛機上用于通信聯(lián)絡的電子設備。主要包括飛機電臺和機內(nèi)通話器。飛機電臺用于飛機與地面、飛機與艦艇、飛機與飛機之間的通信聯(lián)絡;機內(nèi)通話器用于機內(nèi)飛行人員相互通話,或通過它接通飛機電臺,實施對外通信聯(lián)絡。有的還可通過設在飛機外部的插孔,在飛機起飛前與地面人員通話。機載通信設備與地面設備相比,其工作環(huán)境較惡劣,要求它具有更好的耐震、耐沖擊性能;能承受溫、濕度和氣壓的劇烈變化;可靠性高、體積小和重量輕等。飛機電臺天線還應具有足夠的結(jié)構(gòu)強度和良好的空氣動力性能[2]。

2.1 基本組成及工作特點

飛機電臺一般由發(fā)信機、收信機、天線、控制盒、送話器(或電鍵)、受話器和電源等組成。發(fā)信機和收信機(或收發(fā)機)是電臺的主體,一般安裝在飛機電子艙或靠近天線處,通過電纜與安裝在座艙內(nèi)的控制盒連接。飛行人員通過控制盒選擇電臺的工作方式、頻率,調(diào)節(jié)音量等。飛機電臺廣泛采用頻率合成器,其工作頻率往往是不連續(xù)的,在整個波段內(nèi)包含若干個固定的離散波道。通常超短波電臺的波道間隔為25kHz(較早的電臺也有50kHz、83.3kHz、100kHz的),短波電臺的波道間隔為100Hz(較早的為1kHz)。電臺的調(diào)諧是通過控制盒給出的指令自動完成。通常是在飛行前預置好若干個波道(一般約20個),供飛行中根據(jù)需要選用,也可通過控制盒上的有關(guān)旋鈕,隨時任選某個波道進行通信。

有的超短波電臺除主收信機外,還備有應急收信機,用來接收呼救信息。應急收信頻率在國際上是通用的,有40.5Hz、121.5Hz、156.8Hz、243Hz等,每臺應急收信機的工作頻率應在其主收信機的相應波段范圍內(nèi)。有的電臺雖沒有單獨的應急收信機,但可通過控制盒上的開關(guān)直接轉(zhuǎn)入應急收信頻率工作。

機內(nèi)通話器通常為有線電通信方式。由低頻放大器、電源和若干用戶盒組成。用戶盒內(nèi)主要是各種轉(zhuǎn)換控制電路和耳機話筒插座。將耳機話筒插入,即可實現(xiàn)通話。也有無線電通信方式的,這種方式的機內(nèi)通話器實際上是一小型收發(fā)信機,與地面人員通信聯(lián)絡更方便靈活。

2.2 分類及用途

飛機電臺按工作波長分為超長波電臺、長波電臺、短波電臺、超短波電臺等。按工作頻率分為甚低頻、低頻、高頻、甚高頻、特高頻電臺等。使用最多的是超短波電臺和短波電臺。超短波電臺只能用于視線距離范圍內(nèi)的指揮引導通信。通信距離與飛機的飛行高度有關(guān),如飛機在10000m高空與地面通信,通信距離約為400km。超短波飛機電臺的主要工作波段為30Hz～88Hz、100Hz～156Hz、225Hz～400Hz。一般情況下,1部電臺只包含1個波段,也有包含兩個或多個波段的。100Hz～156Hz(甚高頻)和225Hz～400Hz(特高頻)的超短波電臺使用最為廣泛,安裝在各類飛機上,通常以調(diào)幅話方式工作,有的也以調(diào)頻等方式通話或傳輸數(shù)據(jù)以及進行數(shù)字通信、衛(wèi)星通信。30～88Hz(甚高頻)的超短波電臺通常以調(diào)頻話方式工作,安裝在直接支援地面部隊作戰(zhàn)飛機和直升機上,用于陸空協(xié)同通信。短波通信靠天波和地波兩種方式傳播,能進行遠距離通信,也可進行近距離通信。短波飛機電臺的工作頻率范圍為2～30Hz,主要以單邊帶方式工作,也可以調(diào)幅話、振幅鍵控、移頻鍵控等方式工作。短波電臺主要裝在轟炸機、軍用運輸機及其他大型飛機上,供遠距離通信聯(lián)絡用。一些支援地面部隊作戰(zhàn)的飛機和直升機,也安裝功率較小的短波電臺,以便在低空、超低空飛行。超短波電臺因受視距限制無法聯(lián)絡時,作指揮引導通信用。此外,長波、超長波傳播距離遠,而且穿透地面和海水的能力較強,該波段的電臺主要安裝在遂行對地下和水下通信等特殊任務的飛機上。尚有少數(shù)工作在微波波段的機載通信設備,具有數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字通信、多路通信、衛(wèi)星通信等功能,有的還兼有導航和識別功能。例如頻率范圍為960～1215Hz的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分配系統(tǒng)(JTIDS)就是一個通信導航識別綜合系統(tǒng)。

機內(nèi)通話器主要用于轟炸機、軍用運輸機、教練機、雙座的作戰(zhàn)飛機及其他特殊用途的多座飛機上。

3 發(fā)展動向

1) 諾斯羅普·格魯曼公司為阿富汗部隊提供機載通信中繼系統(tǒng)。NextGov網(wǎng)站2012年6月29日報道:美國空軍6月27日透露,它已經(jīng)授予諾·格公司一份價值7.82億美元的唯一來源合同,繼續(xù)為阿富汗部隊提供機載通信中繼系統(tǒng),直到2015年9月。這使該項目的總價值達到17億美元[3]。

根據(jù)國防微電子計劃先進技術(shù)支撐項目,諾斯羅普·格魯曼公司2006年獲得兩份總價值5000萬美元的合同,開始研制戰(zhàn)場機載通信節(jié)點(BACN)。2008年,首個系統(tǒng)部署安裝在美國空軍一架龐巴迪BDS-700商務機上。

阿富汗的山區(qū)地形干擾了地面部隊使用的視線通信系統(tǒng),而BACN可作為一個高海拔天線。它集成了網(wǎng)關(guān)的軟硬件,可以在多種不同頻率和調(diào)制的通信系統(tǒng)之間實現(xiàn)互操作。

諾·格公司說,BACN能夠為不兼容的無線電之間自動提供翻譯服務,允許使用某個頻率無線電的地面部隊指揮官很容易地與使用另一頻率無線電的飛行員進行溝通。

美國空軍已經(jīng)在阿富汗部署了3架安裝BACN系統(tǒng)的BD-700型飛機和2架攜帶BACN設備的“全球鷹”無人機,2011年8月其中一架無人機曾發(fā)生墜毀。

新的合同包括維持3架BD-700S飛機和2架“全球鷹”無人機以及地面控制系統(tǒng)的持續(xù)運行。美國空軍表示,諾·格公司必須保障阿富汗地區(qū)BACN系統(tǒng)的全天候通信支持。盡管其他承包商并未研發(fā)出其他符合要求的系統(tǒng),但美軍表示正在考慮采購一種新系統(tǒng),以取代BACN。

2) 美國空軍擴大戰(zhàn)場機載通信節(jié)點機群部署。美國《空軍雜志》2012年7月27日報道:美國空軍授予諾斯羅普格魯曼公司價值1.56億美元的合同,擴大戰(zhàn)場機載通信節(jié)點(BACN)機群的部署,時間到明年6月。該公司副董事長稱,BACN給作戰(zhàn)人員帶來了巨大的變化。第一批1.06億美元合同涉及裝備了BACN的E-11A“全球快遞”噴氣機、EQ-4B“全球鷹”無人機到2013年6月期間的運行費用。第二批5000萬美元合同是向E-11A提供維護支持,時間到明年2月。目前,裝備了BACN的三架E-11A及三架EQ-4B正在為阿富汗地面部隊提供超目標線通信中繼。本月E-11A在阿富汗坎大哈機場已經(jīng)總共完成了超過3000次戰(zhàn)斗出動[4]。

3) 諾·格公司為美空軍升級戰(zhàn)場機載通信節(jié)點(BACN)系統(tǒng)。美國《防務系統(tǒng)》網(wǎng)站2012年9月25日報道:諾·格公司9月24日表示,美國空軍已授予諾斯羅普·格魯曼公司一份價值2000萬美元的合同,為戰(zhàn)場機載通信節(jié)點(BACN)信息網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)添加超視距指揮控制能力[6]。

高空BACN系統(tǒng)可提供態(tài)勢感知和指揮控制能力,通過橋接擴展語音通信和眾多來源的戰(zhàn)場信息來協(xié)調(diào)作戰(zhàn)人員。戰(zhàn)士可以通過該空中節(jié)點獲得多方面支持,如全動態(tài)視頻、影像、IP語音和聊天信息等。

美軍目前擁有3架配備BACN的E-11A龐巴迪BD-700飛機,該合同要求諾·格公司改裝其中一架BACN飛機平臺,將多角色戰(zhàn)術(shù)通用數(shù)據(jù)鏈和相關(guān)控制終端整合到BACN的計算機和無線電系統(tǒng)。

諾·格公司還將支持超視距指揮控制的開發(fā)與運行測試。

4) 美空軍戰(zhàn)場機載通信節(jié)點系統(tǒng)部署前線部隊。美國《國防工業(yè)日報》2013年5月7日報道:諾斯羅普·格魯曼公司獲得總費用為8940萬美元的戰(zhàn)場機載通信節(jié)點(BACN)系統(tǒng)延續(xù)合同,為該系統(tǒng)的運行和應用提供支持。此項工作預定在2014年6月前,分別在美國加州圣地亞哥和海外已部署地點完成。美國空軍壽命周期管理中心已立即提供2013財年的750萬美元運行和維護費。2009年6月下旬,美空軍與諾斯羅普·格魯曼公司簽署了有關(guān)BACN的應急需求合同。根據(jù)計劃,諾斯羅普·格魯曼公司將幫肋美空軍在四架E-11龐巴迪BD-700“全球快車”遠程公務機和四架將持續(xù)部署到2015年的EQ-4B“全球鷹”Block20無人偵察機上部署B(yǎng)ACN[6]。

BACN是一種能擴展通信距離的機載通信中繼系統(tǒng),可支持圖像、視頻、話音和數(shù)字文電的無縫傳輸,并是不兼容通信系統(tǒng)之間的“翻譯”。利用BACN,地面上的特種部隊士兵能用民用蜂窩電話與戰(zhàn)斗機上的飛行員通話。該系統(tǒng)特別適合在阻擋視距通信的崎嶇山區(qū)、以及軍民協(xié)同、不同軍種乃至不同國家軍隊協(xié)同作戰(zhàn)的戰(zhàn)場上應用。

5) 美國空軍為“全球鷹”安裝空中通信節(jié)點。本站2013年7月30日綜合報道:美國空軍與諾斯羅普·格魯曼公司簽訂了一份價值4720萬美元的合同,為現(xiàn)有的2架Block 20“全球鷹”無人機額外采購并集成兩個戰(zhàn)場空中通信節(jié)點(BACN)[7]。

戰(zhàn)場空中通信節(jié)點是一種高空機載通信和信息網(wǎng)關(guān),用于持續(xù)建立作戰(zhàn)通信鏈路。戰(zhàn)場空中通信節(jié)點提供的持續(xù)連通性,可提高前方作戰(zhàn)士兵與指揮官的態(tài)勢感知和協(xié)同作戰(zhàn)能力。這種節(jié)點通過各種計算機和無線電系統(tǒng),延續(xù)并擴展了話音通信和來自多種信息源的作戰(zhàn)空間認知信息。

Block 20“全球鷹”無人機安裝了戰(zhàn)場空中通信節(jié)點后,其代號將變更為美國空軍EQ-4B無人系統(tǒng),發(fā)揮持久空中網(wǎng)關(guān)的作用。

6) 美太平洋司令部研究建立空間-航空聯(lián)合通信網(wǎng)絡。美國《國防》雜志網(wǎng)站2013年7月29日報道:美國太平洋司令部正在研究建立一個新型的通信網(wǎng)絡,以軍事衛(wèi)星、商業(yè)通信衛(wèi)星和飛機作為網(wǎng)關(guān)。美國太平洋司令部空軍司令卡萊爾上將稱,空間-航空網(wǎng)絡有助于提高能力和適應性,防止美國衛(wèi)星被破壞[8]。

美國防部一直在討論衛(wèi)星通信脆弱性的問題,特別是在奧巴馬政府提出“戰(zhàn)略東移”之后。卡萊爾上將警告過度依賴衛(wèi)星通信可能導致問題。美國的潛在對手已部署了“聯(lián)合防空突襲行動”計劃,尋求致盲美國衛(wèi)星通信。美軍一直占據(jù)著天基通信的優(yōu)勢,但是對手找到方法剝奪這種優(yōu)勢也只是一個時間問題。

美國太平洋司令部正在考慮采用類似在阿富汗的做法部署航空網(wǎng)絡的可能性,即戰(zhàn)場機載通信節(jié)點(BACN)。該網(wǎng)絡可配備裝有通信節(jié)點的高空無人機(如“全球鷹”),能夠在作戰(zhàn)區(qū)域所有參與者之間接收、聯(lián)接、發(fā)送聲音和數(shù)據(jù)。

卡萊爾指出,僅靠添加網(wǎng)絡層數(shù)不足以抵抗對美國衛(wèi)星通信鏈接發(fā)起的網(wǎng)絡、電子或物理攻擊。美軍指揮官也不得不優(yōu)先考慮通信需求,在“退化”的環(huán)境中繼續(xù)作戰(zhàn)。

卡萊爾稱,網(wǎng)絡必須設定一個最低連接水平,只包括基本信息。需要思考以下問題:如果分層網(wǎng)絡被破壞,需要傳遞的最重要的信息是什么？怎樣確認傳遞信息是正確的且沒有多余信息？如何在“退化的”條件中工作？

美國在亞太地區(qū)的盟國擔心,一個技術(shù)先進的軍事對手,如中國,可能會在沖突中拒絕其獲得衛(wèi)星通信服務。印度空軍上將布朗已尋求美國太平洋司令部的幫助,創(chuàng)建一個軍事空間辦公室以解決此類問題。

戰(zhàn)略和預算評估中心(CSBA)的高級分析師哈里森稱,當前衛(wèi)星通信鏈接大約93%是不受保護的。當前系統(tǒng)不符合現(xiàn)有的現(xiàn)實,不能在有爭議的環(huán)境中作戰(zhàn)。并指出,航空網(wǎng)絡可作為一種增強能力的手段,但是飛機比衛(wèi)星更容易受到攻擊,因為飛機不能隱身,使用地點也受到限制。

戰(zhàn)略和預算評估中心(CSBA)的研究指出,航空網(wǎng)絡可根據(jù)所用飛機的高度和數(shù)量提供高容量通信,來補充或取代一個地區(qū)的軍事衛(wèi)星通信。飛機作為高空信號發(fā)射器,只能在允許的空域飛行,并且可能被防空系統(tǒng)瞄準。因此在有爭議的空域設立航空網(wǎng)絡中不可行。

針對卡萊爾提出的設定衛(wèi)星通信需求的最低標準,哈里森表示贊同,這樣可以通過受保護鏈路傳播重要信息,同時將不必要的數(shù)據(jù)移交給安全性較低的商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)。

哈里森稱,美國應與盟國合作,尤其是在亞洲,投資給新型的、更安全的衛(wèi)星通信系統(tǒng),也可以創(chuàng)建一個額外的分層或保護系統(tǒng)抵御攻擊。可為盟國提供共同使用的衛(wèi)星或衛(wèi)星星座。如果敵人攻擊一個多國衛(wèi)星,這樣做的戰(zhàn)略成本將大于攻擊美國自己的航天器。美國已經(jīng)在軍事衛(wèi)星上放置了澳大利亞的一個有效載荷,并在考慮與地區(qū)友好國家合作的其他方式。

7) 美國空軍授予諾斯羅普公司戰(zhàn)場機載通信節(jié)點合同。據(jù)《空軍技術(shù)》網(wǎng)站2014年8月8日報道:諾斯羅普-格魯曼公司得到了一份繼續(xù)進行和保障美國空軍的戰(zhàn)場機載通信節(jié)點(BACN)系統(tǒng)的合同。合同額為89.7百萬美元,在2015年6月前的合同期間諾斯羅普將拓展BACN的載荷以支援海外突發(fā)任務。BACN裝備有一個機載激勵處理機(AEP),是一個前沿部署的網(wǎng)絡中心信息服務器,通過應用一套計算機及射頻系統(tǒng),實現(xiàn)了不同戰(zhàn)場通信系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。高空的BACN載荷集成到了四架E-11A(由BD-700“環(huán)球快車”飛機改進而成)和3架EQ-4B(由“全球鷹”Block 20改進而成),其中3架EQ-4B已部署在阿富汗以支援“持久自由”作戰(zhàn)行動。諾斯羅普-格魯曼公司信息系統(tǒng)通信分部的副總裁兼總經(jīng)理Jeannie Hilger成:“BACN正使我們的作戰(zhàn)人員發(fā)生巨大的變化,成為任務成功的一個不可缺少的因素?！盉ACN也可為指揮人員和部隊提供先進的機載通信能力,增強態(tài)勢感知和拓展語音通信。諾斯羅普公司希望BACN作為“聯(lián)合空中多層網(wǎng)絡”(JALN)的持久高空網(wǎng)關(guān),提供跨戰(zhàn)場空間的保密通信及網(wǎng)絡連通能力。JALN將設計成可拓展現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡及能力,可聯(lián)接地面、太空和空中的武器裝備。諾斯羅普公司作為EQ-4B的總承包商,在2005年4月從美國空軍電子系統(tǒng)中心得到了首份BACN合同[9]。

4 發(fā)展分析

機載通信設備的發(fā)展趨勢: 1) 小型化; 2) 抗干擾; 3)數(shù)字化; 4) 綜合化[10]。

1) 小型化。發(fā)展小型化的機載通信設備。一是減少通信設備的體積、重量、功耗等;二是提高通信設備的高可靠性。

2) 抗干擾。發(fā)展保密和抗干擾措施。一是使通信設備與保密機接口,為話音加密,以防敵方竊聽;二是使通信設備具有自適應天線技術(shù)、擴頻跳頻技術(shù)等。

3) 數(shù)字化是應用數(shù)字電路和微處理機,對信息進行加工處理和傳輸,也利于綜合化的實現(xiàn)。

4) 綜合化是將單一功能的電臺綜合為多功能電臺,進而將飛機電臺與其他機載電子設備綜合成多功能綜合航空電子系統(tǒng)。

5 結(jié)語

隨著機載通信設備的小型化、抗干擾、數(shù)字化與綜合化的實現(xiàn),其性能越來越好,其可靠性越來越高,在未來現(xiàn)代化戰(zhàn)爭或局部戰(zhàn)爭中,適時運用機載通信設技術(shù),就能夠有效地防止敵方的偷襲,達到保護自身目標的安全。

[1] 魏新,馬麗華,石磊,等.通信設備紅外圖像數(shù)據(jù)庫的建立方法[J].紅外,2012,33(2):33-36.

[2] 邢素霞.紅外熱成像與信號處理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2011.

[3] 諾斯羅普·格魯曼公司為阿富汗部隊提供機載通信中繼系統(tǒng)[N].每日防務快訊,2012-07-05.

[4] 美國空軍擴大戰(zhàn)場機載通信節(jié)點機群部署[N].每日防務快訊,2012-08-06.

[5] 諾·格公司為美空軍升級戰(zhàn)場機載通信節(jié)點(BACN)系統(tǒng)[N].每日防務快訊,2012-09-29.

[6] 美空軍戰(zhàn)場機載通信節(jié)點系統(tǒng)部署前線部隊[N].每日防務快訊,2013-05-15.

[7] 美國空軍為“全球鷹”安裝空中通信節(jié)點[N].每日防務快訊,2013-07-31.

[8] 美太平洋司令部研究建立空間-航空聯(lián)合通信網(wǎng)絡[N].每日防務快訊,2013-08-02.

[9] 美國空軍授予諾斯羅普公司戰(zhàn)場機載通信節(jié)點合同[N].每日防務快訊,2014-08-19.

[10] 付強,姜會林,王曉曼,等.空間激光通信研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國光學,2012,5(3):117-125.

Equipment and Development of Airborne Communication Technology

LIU Haibo

(Xi’an Military Agent’s Bureau of Naval Armament Department, Xi’an 710054)

The airborne communication technology of helicopter plays more and more important roles in the war today. The process of development of the airborne communication technology of overseas helicopter abroad and equipment in some countries in the world and its modification are described. The technique performance and properties of several airborne communication technology of helicopter seekers are analyzed; and development trend and analysis of the airborne communication technology of helicopter are discussed.

airborne communication, development analysis

2014年6月3日,

2014年7月24日

劉海波,男,碩士,工程師,研究方向:飛機總體。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2014.12.005