宿 勇，吳 鏑

(1. 海軍裝備部，北京 100071；2. 中國艦船重工集團(tuán)公司 第七一四研究所，北京 100101)

美國艦船及編隊通信手段分析

宿 勇1，吳 鏑2

(1. 海軍裝備部，北京 100071；2. 中國艦船重工集團(tuán)公司 第七一四研究所，北京 100101)

通信是艦艇編隊實施作戰(zhàn)指揮控制的重要基礎(chǔ)，在艦艇編隊作戰(zhàn)指揮中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文梳理了美國海軍艦艇編隊基本的無線通信手段及其管理方式，并歸納了其特點。

艦隊；通信；管理

1 基本無線通信手段

圖1 反潛作戰(zhàn)通信鏈路Fig. 1 Anti submarine warfare communication link

1.1 反潛作戰(zhàn)通信

反潛作戰(zhàn)可由航母編隊中指定的驅(qū)逐艦艦長或由航母上的反潛戰(zhàn)協(xié)調(diào)官指揮。第 1 種情況下，指定的驅(qū)逐艦艦長根據(jù)態(tài)勢圖提供的敵方潛艇信息執(zhí)行反潛戰(zhàn)任務(wù)；第 2 種情況下，航母上反潛作戰(zhàn)協(xié)調(diào)官根據(jù)作戰(zhàn)指揮中心提供的與驅(qū)逐艦上相同的戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢信息執(zhí)行反潛作戰(zhàn)任務(wù)。執(zhí)行反潛作戰(zhàn)任務(wù)所需的通信鏈路如圖1 所示。

航母編隊通過戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)信息交換子系統(tǒng)從岸基艦隊指揮官處收到整個戰(zhàn)區(qū)態(tài)勢信息。岸基海上偵察機主要支持航母編隊反潛作戰(zhàn)，需要建立 2 個通信鏈路，一是借助航母反潛戰(zhàn)術(shù)支援中心實現(xiàn)與編隊內(nèi)反潛艦艇的聯(lián)絡(luò)；二是與編隊內(nèi)反潛艦艇間直接建立連接。

裝有拖曳線列陣系統(tǒng)的偵察船常部署在外圍防御，與編隊的聯(lián)絡(luò)主要通過超高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)到岸基數(shù)據(jù)處理中心，然后依次轉(zhuǎn)發(fā)給編隊反潛作戰(zhàn)平臺。偵察船與編隊的直接聯(lián)絡(luò)由高頻無線電通信或其他外部通信手段完成。攻擊型潛艇可用于外圍防御敵潛艇，與編隊其他平臺間的聯(lián)絡(luò)通過艦隊衛(wèi)星通信系統(tǒng)潛艇衛(wèi)星信息交換子系統(tǒng)、高頻表面波無線電、聲學(xué)通信等實現(xiàn)。

反潛直升機與編隊間的通信通過甚高頻視距通信以及 11 號鏈實現(xiàn)。

1.2 反艦作戰(zhàn)通信

反艦作戰(zhàn)通常由航母艦長負(fù)責(zé)指揮，具體作戰(zhàn)資源協(xié)調(diào)由位于航母上的水面戰(zhàn)協(xié)調(diào)官統(tǒng)籌。作戰(zhàn)資源包括航母及編隊資源、空中資源以及岸基資源。各類資源都要形成相應(yīng)的統(tǒng)一態(tài)勢圖（水面、空中和岸基統(tǒng)一態(tài)勢圖），航母艦長及協(xié)調(diào)官根據(jù)各統(tǒng)一態(tài)勢圖指揮反艦作戰(zhàn)任務(wù)。執(zhí)行反艦作戰(zhàn)任務(wù)所需的通信鏈路如圖2 所示。

航母編隊通過戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)信息交換子系統(tǒng)從岸基艦隊指揮官處收到整個戰(zhàn)區(qū)態(tài)勢信息。岸基海上巡邏機同時支持航母編隊反艦作戰(zhàn)，其通過數(shù)據(jù)鏈與航母及編隊建立起聯(lián)絡(luò)。反艦作戰(zhàn)任務(wù)由位于航母周圍的驅(qū)逐艦或航母艦載機執(zhí)行，其所需的態(tài)勢信息由航母統(tǒng)一處理之后通過協(xié)同作戰(zhàn)能力（CEC）系統(tǒng)或數(shù)據(jù)鏈提供。

執(zhí)行反艦作戰(zhàn)任務(wù)所需的通信鏈路如圖2 所示。

圖2 反艦作戰(zhàn)通信鏈路Fig. 2 Anti ship warfare communication link

1.3 對空作戰(zhàn)通信

經(jīng)過一個周期的研究發(fā)現(xiàn),觀察組實習(xí)生成績明顯高于對照組實習(xí)生,并且觀察組患者滿意度明顯優(yōu)于對照組。兩組實習(xí)生對比差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05),具體見表1.

對空作戰(zhàn)具體指揮通常由巡洋艦艦長擔(dān)任，頂層決策有航母本艦作戰(zhàn)指揮中心的戰(zhàn)術(shù)執(zhí)行官完成。航母及編隊對空作戰(zhàn)態(tài)勢圖由安裝在編隊內(nèi)所有平臺（包括艦載機和預(yù)警機）協(xié)同作戰(zhàn)能力（CEC）實現(xiàn)互聯(lián)互通以及資源共享。在航母及編隊執(zhí)行對空作戰(zhàn)任務(wù)時，預(yù)警機發(fā)揮的作用極為關(guān)鍵，其相應(yīng)的通信聯(lián)絡(luò)關(guān)系如圖3 所示。

航母編隊對空作戰(zhàn)聯(lián)絡(luò)體系中各平臺間探測數(shù)據(jù)的分發(fā)與交換必須具有很高的實時性，因此，對網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率、帶寬、流量要求相當(dāng)高，確保探測數(shù)據(jù)必須實時可靠地進(jìn)行傳輸。體系內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)采用的數(shù)據(jù)鏈都是專用的，與普通數(shù)據(jù)鏈相比，在各方面，如數(shù)據(jù)吞吐容量、數(shù)據(jù)更新周期、數(shù)據(jù)更新速率、數(shù)據(jù)傳輸誤碼率和可靠性等方面的性能都要高出幾個數(shù)量級。

執(zhí)行對空作戰(zhàn)任務(wù)所需的通信鏈路如圖3 所示。

圖3 對空作戰(zhàn)通信鏈路Fig. 3 Air warfare communication link

1.4 打擊作戰(zhàn)通信

打擊作戰(zhàn)通常由航母航空聯(lián)隊長負(fù)責(zé)具體指揮，作戰(zhàn)資源的協(xié)調(diào)由位于航母作戰(zhàn)指揮中心的打擊作戰(zhàn)協(xié)調(diào)官統(tǒng)籌。打擊作戰(zhàn)指揮決策場所位于航母情報中心，最終的打擊作戰(zhàn)由航母航空聯(lián)隊完成。航母及編隊完成打擊作戰(zhàn)任務(wù)所需的通信鏈路如圖4 所示。

航空聯(lián)隊執(zhí)行打擊任務(wù)的流程極為復(fù)雜，始于接受任務(wù)，終于收集戰(zhàn)損評估數(shù)據(jù)，是一個包含目標(biāo)決斷、數(shù)據(jù)分析、資源協(xié)調(diào)、戰(zhàn)損評估等多個階段的過程。整個過程需要得到航母情報中心和氣象與海洋中心等多部門及相關(guān)人員的具體支持。此外，航母情報中心需要采用自動化系統(tǒng)來處理大量能夠影響打擊規(guī)劃的決策數(shù)據(jù)。

執(zhí)行打擊作戰(zhàn)任務(wù)所需的通信鏈路如圖4 所示。

圖4 打擊作戰(zhàn)通信鏈路Fig. 4 Strike warfare communications link

1.5 兩棲作戰(zhàn)通信

兩棲作戰(zhàn)一般由兩棲打擊群來完成，群內(nèi)有 3 艘兩棲艦，沒有預(yù)警機，缺少護(hù)航兵力，防御能力和遠(yuǎn)程打擊能力都較差，無法滿足登陸作戰(zhàn)的要求。而航母打擊群擁有強大的攻防能力，卻缺少兩棲戒備群/遠(yuǎn)征攻擊群所具備的占領(lǐng)灘頭陣地，為后續(xù)部隊開辟立足點的能力。因此，在實際作戰(zhàn)中，兩棲打擊群與航母打擊群一起行動，如“持久自由行動”和伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍每個兩棲打擊群都伴隨航母打擊群一起行動。

2 無線通信管理方式分析

圖5 兩棲作戰(zhàn)通信鏈路Fig. 5 Amphibious warfare communication link

圖6 ADNS 技術(shù)幾個發(fā)展階段Fig. 6 Development stages of ADNS

2.1 以自動化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)海上無線通信綜合管理

面對海上繁雜的通信資源與手段，多種異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)，美國海軍的應(yīng)對方式是采用自動化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（ADNS）對海上各種通信網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行綜合管理、協(xié)調(diào)使用、信息格式轉(zhuǎn)換，使得海上無線通信資源配置更為靈活、信息聯(lián)通更為流暢。近年來，美國海軍海上無線通信管理系統(tǒng)通過增量式發(fā)展在促進(jìn)通信 IP化、大帶寬、高流量方面不斷取得進(jìn)步。目前，先進(jìn)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)成為美國海軍實現(xiàn)可靠、安全、自適應(yīng)的海上通信網(wǎng)絡(luò)中心能力的關(guān)鍵。

自動化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共經(jīng)歷了 3 個發(fā)展階段：增量I之前階段（1988-1997 年）、增量 Ⅰ 階段（1997-2004 年）及增量 Ⅱ 階段，目前正處于增量 Ⅲ 階段，2009 財年初已經(jīng)達(dá)到初始作戰(zhàn)能力（IOC）。圖6 給出了系統(tǒng)的幾個發(fā)展階段及其相應(yīng)的技術(shù)特征：

增量 Ⅰ 之前階段重點發(fā)展 IP over RF 技術(shù)、艦艇IP 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、路由器結(jié)構(gòu)技術(shù)等。

增量 Ⅰ 階段的發(fā)展重點是用思科的路由器替換普羅捷翁姆公司路由器、在單一衛(wèi)星通信路徑上采用多種綜合安全傳輸技術(shù)、傳輸鏈路之間采用動態(tài)網(wǎng)絡(luò)容錯備援技術(shù)，增加了網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)視功能等；

增量 Ⅱ 階段對增量 Ⅰ 進(jìn)行了補充，采用了多通信路徑流量分配技術(shù)、靈活帶寬保障技術(shù)等；

增量 Ⅲ 階段將對增量 Ⅱ 進(jìn)行補充，將采用加密文本路由和 IPv4/IPv6 技術(shù)、傳輸速率達(dá)到 50 Mbps 及融合 IP 技術(shù)等。

美海軍艦艇自動化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信連接采用了多種設(shè)備，保證了艦船之間、艦船和衛(wèi)星之間的通信鏈路的帶寬和高效使用。

自動化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作在保密層，因此在保密局域網(wǎng)和自動化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)路由器之間不需加密設(shè)備。對于所有的其他艦艇局域網(wǎng)，在艦艇局域網(wǎng)和自動化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)路由器之間必須進(jìn)行安全級別轉(zhuǎn)換，因此必須包括一個加密設(shè)備。

在極高頻（EHF）衛(wèi)通終端上安裝了時分復(fù)用接入接口處理器，系統(tǒng)可以在EHF終端家族之間共享傳輸時隙。因此，如果某個艦載EHF終端在分配時隙中不傳輸任何信號，此時隙可以供其他EHF終端使用。

遠(yuǎn)程接口單元（CRIU）設(shè)備采用了信道接入?yún)f(xié)議（CAP），這對于分組數(shù)據(jù)低速信道傳輸時尤其必要。CRIU 是一種在 CAP 中插入延時的設(shè)備，主要原因是衛(wèi)星通信存在固有的傳輸延時。

多路復(fù)用器允許電路能夠共享同一衛(wèi)星信道。

專用小型交換機（PBX）使得普通老式電話系統(tǒng)（POTS）能夠和艦艇之間進(jìn)行接收和發(fā)送呼叫。

和艦艇相聯(lián)的 RF 鏈路包括 EHF 衛(wèi)通鏈路、UHF指示、UHF 衛(wèi)通鏈路、國際海事衛(wèi)星鏈路、商用 C 波段商用寬帶衛(wèi)星通信項目及 SHF 衛(wèi)通（X 波段）鏈路。

當(dāng)艦艇進(jìn)入港口時，艦艇向外的通信鏈路可以和碼頭地面上的銅或光纖網(wǎng)絡(luò)接口建立連接，因此，此時艦艇沒有必要使用衛(wèi)通終端進(jìn)行通信。

美海軍在當(dāng)前的未來數(shù)年國防計劃（FYDP）中將用具有適合網(wǎng)絡(luò)中心、“部隊網(wǎng)”和未來美國國防部項目的自動化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)替換所有當(dāng)前配置的系統(tǒng)。這將與艦隊司令官協(xié)調(diào)的 SHIPMAIN 計劃相一致。計劃始于 2005 財年，包括自動化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)增量 Ⅱ的安裝。2006 財年自動化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)增量 ⅡA 僅為部隊級艦艇提供附加能力。增量 Ⅲ 與戰(zhàn)術(shù)交換項目聯(lián)合進(jìn)行，將只部署 2 個岸基站：海軍計算機與電信大西洋地區(qū)總站（NCTAMS LANT）和 PAC（RNOSC 東部和西部）。增量 Ⅱ、增量 ⅡA 和增量 Ⅲ 將替換到壽期的系統(tǒng)硬件，消除當(dāng)前 2 Mbps IP 帶寬的流量瓶頸，將所有艦艇的話音、視頻和數(shù)據(jù)信息匯集到一個雙堆棧 IPv4/IPv6、密文、IP 核心網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中。

2.2 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)海上無線通信動態(tài)分配帶寬

自動化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠自動發(fā)現(xiàn)海上空閑無線通信帶寬并充分利用起來，實現(xiàn)通信流量的最大化。由于去除了人為操作，實現(xiàn)動態(tài)帶寬分配，使得在不增加發(fā)射機數(shù)量的前提下通信流量增長至少 10 倍以上。系統(tǒng)能夠在任意 2 個路由器之間傳輸各類IP數(shù)據(jù)包，包括文本、圖形、語音或視頻應(yīng)用，無需另外開發(fā)新型昂貴的煙囪式系統(tǒng)用于支持新應(yīng)用。

2.3 美軍認(rèn)知無線電技術(shù)尚在研制試驗階段

認(rèn)知無線電是指通過軟件可編程無線電最有效利用戰(zhàn)場可用頻譜資源。通過這種方式，JTRS 無線電將有效地利用高帶寬波形，確保部隊之間的最大互操作性，保障語音、數(shù)據(jù)和視頻實時傳輸?shù)陌踩浴Ｄ壳?，美軍認(rèn)知無線電技術(shù)仍未成熟，尚處于研制試驗階段。據(jù)美國陸軍網(wǎng)站報道，美軍正在計劃測試用于戰(zhàn)場無線通信的認(rèn)知無線電的頻譜碎片整理（Spectrum Fragmentation）技術(shù)。據(jù)稱，負(fù)責(zé)研發(fā)無線電軟硬件的美國聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（JTRS）辦公室正在逐步實現(xiàn)“認(rèn)知無線電”概念，以促進(jìn)不同軍種在戰(zhàn)場上互相自由聯(lián)通。

3 結(jié) 語

美國海軍艦船及編隊的通信鏈路相當(dāng)復(fù)雜，不同作戰(zhàn)模式擁有各自的無線通信支撐。目前，美國海軍艦船及編隊的通信正在向一體化管理邁進(jìn)，未來海上無線通信資源將得到更加充分利用。同時，美國海軍正在不斷探索新型通信技術(shù)，尋求海上艦船及編隊通信的新突破。

[1]劉維國. 現(xiàn)代艦艇信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的思考[J]. 情報指揮控制系統(tǒng)與仿真技術(shù), 2003(6): 10–11, 16.

[2]劉湛, 李孝明. 美國海戰(zhàn)場綜合電子信息系統(tǒng)概況及其啟示[J]. 艦船電子工程, 2008, 28(10): 55–59. LIU Zhan, LI Xiao-ming. Summarization and enlightenment of American integrated electronical information system in sea battlefield[J]. Ship Electronic Engineering, 2008, 28(10): 55–59.

[3]FOSTER I, KESSELMAN C, NICK J M, et al. The physiology of the grid[M]//BERMAN F, FOX G, HEY T. Grid Computing:making the Global Infrastructure a Reality. New York: John Wiley & Sons, Ltd, 2003, 5: 217–249.

[4]ROUQUETTE-LEVEIL S, GOSSE K, ZHUANG X Y, et al. Spatial division multiplexing of space-time block codes[C]//Proceedings of International Conference on Communication Technology. Beijing, China: IEEE, 2003: 1343–1347.

[5]劉宏展, 孫建鋒, 劉立人. 空間激光通信技術(shù)發(fā)展趨勢分析[J].光纖通信技術(shù), 2010, 34(8): 39–42. LIU Hong-zhan, SUN Jian-feng, LIU Li-ren. Analyzing the trends of space laser communication[J]. Optical Communication Technology, 2010, 34(8): 39–42.

Analysis of the communicationmeans of US Navy ships and fleet

SU Yong1, WU Di2

(1. Navy Equipment Department, Beijing 100071, China; 2. The 714 Research Institute of CSIC, Beijing 100101, China)

Communication is an important base for the implementation of operational command and control of the ship fleet, and it plays an important role in the operation. The paper made a research on the wireless communication means of US Navy ships and and its management mode, and summarizes its characteristics.

ship fleet；communication；management

U675.7

A

1672–7619(2016)10–0154–04

10.3404/j.issn.1672–7619.2016.10.032

2016–08–12；

2016–09–06

宿勇(1961–)，男，高級工程師，研究方向為艦船電子信息系統(tǒng)。