機載通信技術的設備與發展*

劉海波

(海軍裝備部西安軍事代表局 西安 710054)

機載通信技術的設備與發展*

劉海波

(海軍裝備部西安軍事代表局 西安 710054)

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

機載通信; 發展分析

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,國內外對機載電子設備的發展更為重視。機載電子設備中很重要的一個系統就是通信系統。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、發展動向、發展分析等,作進一步的研究和探討[1]。

2 機載通信設備

飛機上用于通信聯絡的電子設備。主要包括飛機電臺和機內通話器。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絡;機內通話器用于機內飛行人員相互通話,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構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。發信機和收信機(或收發機)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,調節音量等。飛機電臺廣泛采用頻率合成器,其工作頻率往往是不連續的,在整個波段內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),供飛行中根據需要選用,也可通過控制盒上的有關旋鈕,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。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直接轉入應急收信頻率工作。

機內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。用戶盒內主要是各種轉換控制電路和耳機話筒插座。將耳機話筒插入,即可實現通話。也有無線電通信方式的,這種方式的機內通話器實際上是一小型收發信機,與地面人員通信聯絡更方便靈活。

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的指揮引導通信。通信距離與飛機的飛行高度有關,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,通常以調幅話方式工作,有的也以調頻等方式通話或傳輸數據以及進行數字通信、衛星通信。30～88Hz(甚高頻)的超短波電臺通常以調頻話方式工作,安裝在直接支援地面部隊作戰飛機和直升機上,用于陸空協同通信。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,供遠距離通信聯絡用。一些支援地面部隊作戰的飛機和直升機,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。尚有少數工作在微波波段的機載通信設備,具有數據傳輸、數字通信、多路通信、衛星通信等功能,有的還兼有導航和識別功能。例如頻率范圍為960～1215Hz的聯合戰術信息分配系統(JTIDS)就是一個通信導航識別綜合系統。

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

3 發展動向

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。NextGov網站2012年6月29日報道:美國空軍6月27日透露,它已經授予諾·格公司一份價值7.82億美元的唯一來源合同,繼續為阿富汗部隊提供機載通信中繼系統,直到2015年9月。這使該項目的總價值達到17億美元[3]。

根據國防微電子計劃先進技術支撐項目,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,開始研制戰場機載通信節點(BACN)。2008年,首個系統部署安裝在美國空軍一架龐巴迪BDS-700商務機上。

阿富汗的山區地形干擾了地面部隊使用的視線通信系統,而BACN可作為一個高海拔天線。它集成了網關的軟硬件,可以在多種不同頻率和調制的通信系統之間實現互操作。

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。

美國空軍已經在阿富汗部署了3架安裝BACN系統的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的持續運行。美國空軍表示,諾·格公司必須保障阿富汗地區BACN系統的全天候通信支持。盡管其他承包商并未研發出其他符合要求的系統,但美軍表示正在考慮采購一種新系統,以取代BACN。

2) 美國空軍擴大戰場機載通信節點機群部署。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,擴大戰場機載通信節點(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總共完成了超過3000次戰斗出動[4]。

3) 諾·格公司為美空軍升級戰場機載通信節點(BACN)系統。美國《防務系統》網站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,為戰場機載通信節點(BACN)信息網關系統添加超視距指揮控制能力[6]。

高空BACN系統可提供態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場信息來協調作戰人員。戰士可以通過該空中節點獲得多方面支持,如全動態視頻、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,將多角色戰術通用數據鏈和相關控制終端整合到BACN的計算機和無線電系統。

諾·格公司還將支持超視距指揮控制的開發與運行測試。

4) 美空軍戰場機載通信節點系統部署前線部隊。美國《國防工業日報》2013年5月7日報道:諾斯羅普·格魯曼公司獲得總費用為8940萬美元的戰場機載通信節點(BACN)系統延續合同,為該系統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BACN的應急需求合同。根據計劃,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部署到2015年的EQ-4B“全球鷹”Block20無人偵察機上部署BACN[6]。

BACN是一種能擴展通信距離的機載通信中繼系統,可支持圖像、視頻、話音和數字文電的無縫傳輸,并是不兼容通信系統之間的“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斗機上的飛行員通話。該系統特別適合在阻擋視距通信的崎嶇山區、以及軍民協同、不同軍種乃至不同國家軍隊協同作戰的戰場上應用。

5) 美國空軍為“全球鷹”安裝空中通信節點。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,為現有的2架Block 20“全球鷹”無人機額外采購并集成兩個戰場空中通信節點(BACN)[7]。

戰場空中通信節點是一種高空機載通信和信息網關,用于持續建立作戰通信鏈路。戰場空中通信節點提供的持續連通性,可提高前方作戰士兵與指揮官的態勢感知和協同作戰能力。這種節點通過各種計算機和無線電系統,延續并擴展了話音通信和來自多種信息源的作戰空間認知信息。

Block 20“全球鷹”無人機安裝了戰場空中通信節點后,其代號將變更為美國空軍EQ-4B無人系統,發揮持久空中網關的作用。

6) 美太平洋司令部研究建立空間-航空聯合通信網絡。美國《國防》雜志網站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絡,以軍事衛星、商業通信衛星和飛機作為網關。美國太平洋司令部空軍司令卡萊爾上將稱,空間-航空網絡有助于提高能力和適應性,防止美國衛星被破壞[8]。

美國防部一直在討論衛星通信脆弱性的問題,特別是在奧巴馬政府提出“戰略東移”之后。卡萊爾上將警告過度依賴衛星通信可能導致問題。美國的潛在對手已部署了“聯合防空突襲行動”計劃,尋求致盲美國衛星通信。美軍一直占據著天基通信的優勢,但是對手找到方法剝奪這種優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絡的可能性,即戰場機載通信節點(BACN)。該網絡可配備裝有通信節點的高空無人機(如“全球鷹”),能夠在作戰區域所有參與者之間接收、聯接、發送聲音和數據。

卡萊爾指出,僅靠添加網絡層數不足以抵抗對美國衛星通信鏈接發起的網絡、電子或物理攻擊。美軍指揮官也不得不優先考慮通信需求,在“退化”的環境中繼續作戰。

卡萊爾稱,網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？

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

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

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

針對卡萊爾提出的設定衛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,同時將不必要的數據移交給安全性較低的商業衛星系統。

哈里森稱,美國應與盟國合作,尤其是在亞洲,投資給新型的、更安全的衛星通信系統,也可以創建一個額外的分層或保護系統抵御攻擊。可為盟國提供共同使用的衛星或衛星星座。如果敵人攻擊一個多國衛星,這樣做的戰略成本將大于攻擊美國自己的航天器。美國已經在軍事衛星上放置了澳大利亞的一個有效載荷,并在考慮與地區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場機載通信節點合同。據《空軍技術》網站2014年8月8日報道:諾斯羅普-格魯曼公司得到了一份繼續進行和保障美國空軍的戰場機載通信節點(BACN)系統的合同。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絡中心信息服務器,通過應用一套計算機及射頻系統,實現了不同戰場通信系統之間的數據共享。高空的BACN載荷集成到了四架E-11A(由BD-700“環球快車”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”作戰行動。諾斯羅普-格魯曼公司信息系統通信分部的副總裁兼總經理Jeannie Hilger成:“BACN正使我們的作戰人員發生巨大的變化,成為任務成功的一個不可缺少的因素。”BACN也可為指揮人員和部隊提供先進的機載通信能力,增強態勢感知和拓展語音通信。諾斯羅普公司希望BACN作為“聯合空中多層網絡”(JALN)的持久高空網關,提供跨戰場空間的保密通信及網絡連通能力。JALN將設計成可拓展現有的通信網絡及能力,可聯接地面、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中心得到了首份BACN合同[9]。

4 發展分析

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

1) 小型化。發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、擴頻跳頻技術等。

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

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。

5 結語

隨著機載通信設備的小型化、抗干擾、數字化與綜合化的實現,其性能越來越好,其可靠性越來越高,在未來現代化戰爭或局部戰爭中,適時運用機載通信設技術,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據庫的建立方法[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[N].每日防務快訊,2012-07-05.

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

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

[6] 美空軍戰場機載通信節點系統部署前線部隊[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-航空聯合通信網絡[N].每日防務快訊,2013-08-02.

[9] 美國空軍授予諾斯羅普公司戰場機載通信節點合同[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狀及發展趨勢[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